LED反激式開關(guān)電源EMI解答(4)

1、 環(huán)球電源論壇April 2005離線式開關(guān)電源中存在的高電壓高電流開關(guān)波形會產(chǎn)生電磁干擾(EMI。這些電磁干擾以傳導(dǎo)和輻射的形式存在。因此，所有離線式電源的設(shè)計都必須考慮衰減或抑制EMI 干擾，以滿足可接受的標(biāo)準(zhǔn)要求。本設(shè)計指南討論了TOPSwitch 電源中降低傳導(dǎo)EMI 的設(shè)計方法，使其低于通常的標(biāo)準(zhǔn)限制要求。對變壓器、PCB 板布局以及EMI 濾波器進(jìn)行合理適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，不僅可以降低傳導(dǎo)EMI ，而且抑制輻射EMI 干擾，同時可以提高電源的EMI 抗干擾度。這些技術(shù)同樣可用在直流輸入電壓的情況，比如電信及電視電纜通訊（或電纜通信）。其它相關(guān)信息請參見AN-14和AN-20。本文將對以下議

2、題加以討論。 北美、歐盟以及德國的EMI 規(guī)范 利用LISN 測量傳導(dǎo)干擾 峰值、準(zhǔn)峰值及平均值檢測方法 安全性 EMI 濾波元件 反激電源EMI 特征波形 濾波器分析 供電電纜諧振 變壓器結(jié)構(gòu)技術(shù) 抑制技術(shù) 常用TOPSwitch EMI濾波器 EMI 濾波器的PCB 板布局問題應(yīng)用注意事項(xiàng)圖 1. FCC Class A及B 的限定（準(zhǔn)峰值）圖 2. EN55022 Class A及B 的限定（平均值及準(zhǔn)峰值）AN-15應(yīng)用指南TOPSwitch電源在EMI 及安規(guī)方面的設(shè)計技巧安全性是至關(guān)重要的問題。在選擇EMI 濾波器元件、變壓器加強(qiáng)絕緣的設(shè)計以及PCB 板初次級間距時都要對安全性加以

3、考慮。事實(shí)上，安全性與電源或EMI 濾波器的設(shè)計是分不開的，很難將安全性作為一個單獨(dú)的問題加以討論。因此，此設(shè)計指南也將提供滿足安規(guī)要求的TOPSwitch 電源設(shè)計指導(dǎo)。EMI 規(guī)范在針對目標(biāo)市場研發(fā)系列產(chǎn)品時必須清楚所適用的EMI 規(guī)范要求。在美國，聯(lián)邦通訊委員會(FCC規(guī)定有EMI 規(guī)范要求。加拿大的規(guī)范類似于FCC 規(guī)范要求。圖1所示為FCC 標(biāo)準(zhǔn)第15節(jié)中J 部分所規(guī)定的傳導(dǎo)干擾限制。值得注意的是，該限定只是針對準(zhǔn)峰值的檢測方法。第15節(jié)的最新補(bǔ)充說明允許生產(chǎn)商在測試時使用C.I.S.P .R. 第22版中的限定標(biāo)準(zhǔn)作為替代，以證明其測試結(jié)果滿足要求(1。歐盟(EC的很多國家也建立了

4、電磁干擾兼容性的協(xié)調(diào) 計劃。適用于信息技術(shù)設(shè)備的EN55022就是首批協(xié)調(diào)文件之一。EN55022以及相應(yīng)的測量文件C.I.S.P.R.22版規(guī)定了歐盟市場中信息技術(shù)產(chǎn)品關(guān)于傳導(dǎo)干擾限制，如圖2所示。事實(shí)上，EN55022的限定與C.I.S.P.R.22版的標(biāo)準(zhǔn)限定是相同的。注意，class A和class B規(guī)范限制都是使用平均值及準(zhǔn)峰值檢測方法的(2 (3。圖3所示為適用于德國市場的眾所周知的最嚴(yán)格的VDE 0871規(guī)范（窄帶限制）。傳統(tǒng)上都將此作為設(shè)計目標(biāo)。德國規(guī)范Vfg 1046/1984要求信息技術(shù)或電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備要滿足VDE 0871的class B 窄帶限制要求，其測試頻段從1

5、0 kHz 至30 MHz 。注意，規(guī)范中的限定僅適用于準(zhǔn)峰值檢測方式。當(dāng)產(chǎn)品的市場僅在德國時，可以選擇要么滿足Vfg 1046/1984的規(guī)范要求，要么滿足新的德國規(guī)范Vfg 243/1991（如Vfg 46/1992所更新）的要求。在新的規(guī) 范當(dāng)中，將測試起始頻率點(diǎn)從10 kHz 放寬至150 kHz ，從而與EN55022的150 kHz 至30 MHz 的測試頻段相協(xié)調(diào)。Vfg243/1991規(guī)定了準(zhǔn)峰值限定而Vfg46/1992增加了平均值限定，如圖4所示。與VDE0871(4 (5 (6相比，圖3同時顯示了Vfg 243/1991 class B 的準(zhǔn)峰值限定。滿足VDE 0871

6、圖 5. 輸入阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN（根據(jù)Vfg 1046/1984）的EMI 濾波器設(shè)計在成本上往往高于滿足Vfg/243規(guī)范要求的濾波器設(shè)計。傳導(dǎo)干擾的測量詳細(xì)的測試設(shè)備以及測量方法在各種EMI 規(guī)范當(dāng)中都有所介紹，但一般概念都是相同的。都是使用輸入阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN對傳導(dǎo)干擾進(jìn)行測量。圖5中為在LISN 內(nèi)由L F 和C F 表示的等效濾波器電路，該濾波網(wǎng)絡(luò)使得輸入線電壓頻率的電流能夠直接通過，而電源高頻的傳導(dǎo)干擾電流會流經(jīng)耦合電容C C 和檢測電阻R S 。頻譜分析儀或EMI 接收機(jī)讀取由V SL 和V SN 檢測得到的電流干擾信號的幅值，其單位為dBV，而V SL 和V SN 為

7、R SL 和R SN 兩端的電壓。版本 B 04/05圖 7. 差模電流對輸入電容C IN 的充電圖 6. 典型傳導(dǎo)干擾符合性測試臺設(shè)置圖6所示為標(biāo)準(zhǔn)要求的典型的傳導(dǎo)干擾測試臺設(shè)置，該測試臺為木制，至少80 cm 高并且不能有任何金屬扣件(7連接。如圖所示，被測件、LISN 網(wǎng)絡(luò)及負(fù)載都要放置在距離測試臺邊緣40 cm 的地方。被測件與AC 輸入的LISN 之 間以及被測件與DC 輸出的負(fù)載之間使用6英尺的電纜連接。LISN 及負(fù)載都距離被測件80 cm ，將多余的電纜捆 扎起來以防止其呈現(xiàn)感性。測試臺的邊緣要緊靠在一個至少兩平方米面積的垂直參考平面上。LISN 網(wǎng)絡(luò)要使用一條低阻抗的高頻接地

8、母線或編織電纜連接至參考平面上。對某些應(yīng)用，如果電源及負(fù)載都在同一個封裝當(dāng)中，則被測件與負(fù)載之間的電纜可以省略不用。在設(shè)計試驗(yàn)階段以及符合性預(yù)測時，由于EMI 接收機(jī)價格貴而且不易使用，強(qiáng)烈建議使用頻譜分析儀進(jìn)行測量。傳導(dǎo)和輻射干擾測量時，頻譜分析儀應(yīng)具備10 kHz 至1 Ghz 的頻率范圍、較寬的分辨帶寬（包含C.I.S.P.R. 所規(guī)定 的200 Hz 、9 kHz 及120 kHz 帶寬）、內(nèi)置的準(zhǔn)峰值檢波器、用于平均值測量的低于3 Hz 的視頻濾波器帶寬調(diào)節(jié)能力、峰值測量時的最大保持功能以及精確的經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)谋镜卣袷幤?，該振蕩器要能夠?qū)?00 kHz 的顯示信號 進(jìn)行定位并且頻率漂

9、移非常小。HP 8591EM 和Tektronix 2712(option 12 (8為兩個較低成本的頻譜分析儀，足以滿足 傳導(dǎo)干擾符合性預(yù)測的使用要求。峰值、準(zhǔn)峰值及平均值檢測如圖7所示，電源工作時由50或60 Hz 的交流電源供電，交流輸入電壓經(jīng)過橋式整流及大電容濾波產(chǎn)生一個高壓DC 電壓。在接近交流峰值電壓處僅在很短的時間內(nèi)才有輸入電流流經(jīng)橋式整流電路。在輸入電壓頻率等效的8.3至10 mS 的周期范圍內(nèi)，通常實(shí)際的導(dǎo)通時間為3 mS 。這 樣可以確定等效的“對應(yīng)輸入電壓頻率的占空比”為30%至36%。只有在整流橋堆導(dǎo)通期間，傳導(dǎo)干擾的電流才會流向交流電網(wǎng)輸入端（進(jìn)而被LISN 網(wǎng)絡(luò)檢測

10、到）。實(shí)際上，傳導(dǎo)干擾信號僅在橋堆二極管導(dǎo)通時才會加到頻譜分析儀或接受機(jī)的檢測器上，二極管的導(dǎo)通相當(dāng)于 一個“選通脈沖”，其脈沖重復(fù)頻率(PRF(8 (9等于交流 輸入電網(wǎng)的頻率（50或60 Hz ），并具有相應(yīng)的“輸入頻率占空比”。由于整流橋堆導(dǎo)通時間而產(chǎn)生的“選通脈沖”效應(yīng)，無論對峰值、準(zhǔn)峰值檢測還是平均值檢測，都會引起測量信號幅值的改變。頻譜分析儀或EMI 接受機(jī)顯示的都是信號(9的RMS 有效值。例如，一個100 kHz 的連續(xù)正弦波電壓，在示波器上 觀察到有1伏的峰值電壓時，其RMS 電壓有效值為0.707伏。 無論采用哪種檢測方法（峰值、準(zhǔn)峰值或平均值），頻譜分析儀（50歐母輸入阻

11、抗）對應(yīng)此100 kHz 信號顯示值為 0.707伏（或117 dBV或10 dBmW ）。因?yàn)榇诵盘枮檫B 續(xù)的、窄帶并且是未經(jīng)調(diào)制或選通的信號。如果該信號為寬帶、調(diào)制的、以一個占空比加以選通或者以某種方式造成波形非連續(xù)，則根據(jù)不同的檢測方式，其顯示的RMS 值將會有所不同。顯示的測量值為等效連續(xù)正弦信號的幅值，其RMS 有效值等于檢波級輸出端測得的LISN 信號的RMS 有效值分量。峰值檢測是測量傳導(dǎo)干擾時最簡單迅速的測量方法。 解析帶寬對應(yīng)10 kHz至150 kHz的頻帶設(shè)為200 Hz，對應(yīng) 150 kHz 至30 MHz 的頻帶設(shè)為9 kHz 。掃描時間相對較 低。在不進(jìn)行平均的情況

12、下實(shí)時顯示干擾測量值時，每次掃描測量的峰值幅值都不一樣，這是由上述的整流橋?qū)ㄟx通脈沖作用造成的。多數(shù)頻譜分析具有“最大值保持”功能，它可以將多次掃描測量中得到的最高數(shù)值顯示出來。在整流橋?qū)ǖ倪x通脈沖期間，峰值檢波器測量最大信號的幅值。平均值檢測簡單的說就是一個轉(zhuǎn)折頻率大大低于選通脈沖重復(fù)頻率或PRF 的低通濾波器。在通常的頻譜儀當(dāng)中，視頻濾波器的帶寬可以降低至30 Hz 或更低，從而對信號進(jìn) 行平均加權(quán)，但掃描時間必須增加以便對測量結(jié)果加以校 正。為完成傳導(dǎo)干擾的測量，應(yīng)使用峰值檢測的測量方法對 傳導(dǎo)干擾的全部頻段進(jìn)行測量，一般從10 kHz （或者依 據(jù)不同的規(guī)范要求從150 kHz或4

13、50 kHz開始）至30 MHz。 與規(guī)范要求的平均值限制值相比，如果峰值檢測的干擾幅度裕量不夠，頻譜儀顯示的中心頻點(diǎn)設(shè)定要保證每格的頻率跨度盡可能低，然后再降低視頻帶寬進(jìn)行平均值測量掃描(10。圖8所示為采用峰值和平均值檢測的典型的傳導(dǎo)干擾測量結(jié)果，測量頻率范圍從10 kHz 至500 kHz 。值得注意的是，峰值檢測除了采集100 kHz 開關(guān)頻率的基頻及其前三個諧波分量以外，還對輸入頻率整流產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行采樣，從而得到圖中所示的包絡(luò)曲線。110A m p l i t u d e (d B V 100200Frequency (KHzPeak DataAverage Data30050

14、0400P I -1628-111695圖 8. 峰值檢測數(shù)據(jù)與平均值檢測數(shù)據(jù)的對比準(zhǔn)峰值檢測是用來表明干擾實(shí)質(zhì)上造成的危害程度。作為類推，每秒都發(fā)生的輕緩的噪聲與每小時發(fā)生的噪聲相比其危害性更大。準(zhǔn)峰值檢測（實(shí)際上為一個經(jīng)過校準(zhǔn)的中間帶寬的視頻濾波器）相當(dāng)于一個有泄漏的峰值檢波器，它在兩個輸入信號脈沖之間進(jìn)行局部放電。脈 沖重復(fù)頻率(PRF越低，峰值和準(zhǔn)峰測量響應(yīng)(8 (9之間的dB 數(shù)值差異越大。準(zhǔn)峰值和平均值檢測方法與峰值檢測相比其測量值總是較低。如果峰值測量結(jié)果滿足平均值規(guī)范的限定且有足夠的裕量，則沒必要再使用平均檢波器進(jìn)行平均值測量。在沒有平均值限定要求的情況下，如果峰值測量結(jié)果滿足

15、準(zhǔn)峰值規(guī)范的限定且有足夠的裕量，則沒必要再使用準(zhǔn)峰值檢波器進(jìn)行準(zhǔn)峰值的測量。一般地，在測試驗(yàn)證TOPSwitch 電源是否滿足C.I.S.P.R.22版、EN55022或 Vfg 243/91（以及Vfg 46/92）限定要求時，峰值測量的數(shù)據(jù)通常滿足準(zhǔn)峰值的限定要求，但在某些情況下與平均值限定相比可能裕量不足。此時，有必要使用平均值檢測方法進(jìn)行進(jìn)一步的測量。安全規(guī)范在進(jìn)行EMI 濾波器設(shè)計之前必須了解安全規(guī)范，因?yàn)榘踩矫娴囊髸MI 濾波器的設(shè)計有所限制。事實(shí)上，所有的儀器設(shè)備，包括計算機(jī)、打印機(jī)、電視、電視解碼器、視頻游戲機(jī)、電池充電器等等都必須經(jīng)過安全驗(yàn)證，以滿足目標(biāo)市場的安全標(biāo)準(zhǔn)

16、并貼上相應(yīng)的安版本 B 04/05全標(biāo)識。各種安全標(biāo)準(zhǔn)中的安規(guī)要求十分相似。本應(yīng)用指南將重點(diǎn)放在非常普及的IEC950(11標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中關(guān)于電擊危害的要求。歐洲國際電工委員會IEC950標(biāo)準(zhǔn)的名稱為“信息技術(shù)設(shè)備包括商用電氣設(shè)備的安全性”。該標(biāo)準(zhǔn)對安全設(shè)備的設(shè)計要求進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。IEC950的應(yīng)用主要是用來防止某些危險可能帶來的損害或損傷。這些危險包括電擊、電能傷害、火災(zāi)、機(jī)械和熱的傷害、輻射性傷害以及化學(xué)性傷害。IEC950中的如下規(guī)定和要求適用于TOPSwitch 電源。（針對典型TOPSwitch 電源的關(guān)鍵要求有很多，這里所羅列的僅為其中的一部分。圓括號內(nèi)為相應(yīng)的IEC950章節(jié)序號。

17、）IEC950規(guī)定（適用于TOPSwitch 電源）:（介紹）：電擊是由于電流通過人體而產(chǎn)生的。大約 1 mA 的電流就能在健康的人體內(nèi)產(chǎn)生反應(yīng)，而且這種不 知不覺的反應(yīng)可能會導(dǎo)致間接的危害。電流再大些就會產(chǎn) 生直接的影響。在干燥的條件下，高達(dá)40 V 的峰值電壓 或60 VDC 的直流電壓通常不認(rèn)為是危險電壓。但是，對使用時必須接觸的或用手操作的裸露零部件，則應(yīng)使其處于地電位，或者對其采取適當(dāng)?shù)母綦x。(1.2.4.1: I 類設(shè)備：用下列方法來獲得防電擊保護(hù)的 設(shè)備。a 采用基本絕緣，而且b 還要有一種連接裝置，使那些在基本絕緣一旦失效就會帶危險電壓的導(dǎo)電零部件與建筑物配線中的保護(hù)接地導(dǎo)體相

18、連。(1.2.4.2: II類設(shè)備：防電擊保護(hù)不僅依靠基本絕緣，而且還采取附加安全保護(hù)措施的設(shè)備。比如采用雙層絕緣或加強(qiáng)絕緣的設(shè)備。這類設(shè)備既不依靠保護(hù)接地，也不依靠安裝條件的保護(hù)措施。(1.2.8.1: 初級電路：直接與外部供電電網(wǎng)或其它等效供電源連接的內(nèi)部電路。在TOPSwitch 電源當(dāng)中，這部分電路包括EMI 濾波器、分立或共模電感、整流橋、變壓器初級、TOPSwitch 以及任何連接至TOPSwitch 的元件，比如初級偏置繞組和光耦器的三極管。(1.2.8.2: 次級電路：沒有直接連接（除非通過適當(dāng)?shù)腨 電容）至初級功率端的電路。其傳送的功率來自于變壓器。(1.2.8.5: 安全特

19、低電壓(SELV電路：作了適當(dāng)設(shè)計和保護(hù)的次級電路。在正常工作條件下和單一故障條件下，電路中任意兩個靠近的部件間或者某個部件與I 類設(shè)備的保護(hù)地接地端之間的電壓都不超過一個安全電壓值。(1.2.9.2: 基本絕緣：對防電擊提供基本保護(hù)的絕緣。(1.2.9.3: 附加絕緣：除基本絕緣以外施加的獨(dú)立的絕緣，在基本絕緣一旦失效時仍能防止電擊發(fā)生。(1.2.9.4: 雙重絕緣：由基本絕緣加上附加絕緣構(gòu)成的 絕緣。(1.2.9.5: 加強(qiáng)絕緣：一種單一的絕緣結(jié)構(gòu)，其所提供的防電擊保護(hù)等級相當(dāng)于雙重絕緣。(1.2.9.6: 工作電壓：當(dāng)設(shè)備以額定電壓在正常使用的條件下工作時，所考慮的絕緣上所承受到的或能夠

20、承受的最高電壓。(1.2.9.7: 走線：在固體絕緣材料（比如PCB 板或變壓器骨架）的表面上利用電介質(zhì)和電解液相腐蝕的化合作用，在其表面形成的導(dǎo)電連接路徑。(1.2.10.1: 爬電距離：在兩個導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴?件與設(shè)備的邊界面之間沿絕緣體表面測量得到的最短 距離。在TOPSwitch 電源當(dāng)中，最重要的爬電距離為所有初級電路至所有次級電路之間的距離（一般為5 mm 至 6 mm）。(1.2.10.2: 電氣間隙：在兩個導(dǎo)電零部件之間或?qū)щ娏悴考c設(shè)備的邊界面之間測量得到的最短空間距離。(1.2.11.1: 安全隔離變壓器：將供電給SELV 電路的繞組與其它繞組（比如初級繞組及初級側(cè)

21、的偏置繞組）隔離開的功率變壓器。這樣即使絕緣被擊穿，在SELV 繞組上也不太可能或不會引起危險情況的發(fā)生。IEC950要求（適用于TOPSwitch 電源）(1.4.5: 在確定用于測試的供電電源的最不利電源電壓 時，應(yīng)考慮下列各種因素： 多種額定電壓 額定電壓范圍的極限 制造商規(guī)定的額定電壓容差。如果容差沒有規(guī)定，則使用+6%和-10%的容差范圍(1.6.5: 如果設(shè)備預(yù)定直接與交流電網(wǎng)電源連接，則最小的供電容差范圍為+6%和-10%。(2.1.10: 設(shè)備在設(shè)計上應(yīng)保證在電網(wǎng)供電斷開時，不會因連接到供電電路電容內(nèi)的電荷而造成電擊危險。如果設(shè)備中有額定容量高于0.1 uF的電容連接至外部電網(wǎng)

22、，則對于A 型可插式設(shè)備（無工業(yè)用插頭和插座）必須設(shè)法對電容進(jìn)行放電，放電的時間常數(shù)必須小于1秒。此要求特別適用于任何直接連接至交流電網(wǎng)的EMI 濾波器電容。當(dāng)電源線從插座拔出時，其插針是外露的，因而該電容可能會引起電擊。(5.2.2: 接地漏電流：在最不利的（最高）輸入電壓情況下，最大接地漏電流不得超過下面表格中規(guī)定的限定值。對于II 類設(shè)備，當(dāng)輸出沒有與大地連接時，測試要在可觸及的導(dǎo)電零部件上進(jìn)行，而對于可觸及的非導(dǎo)電零部件，應(yīng)對貼在該零部件上面積小于10 cm 20 cm 的金屬箔進(jìn)行測量。表 2. 絕緣抗電強(qiáng)度(5.3.2: 抗電強(qiáng)度：絕緣應(yīng)能承受一分鐘的試驗(yàn)電壓。該電壓或者是波形基本

23、上為正弦波、頻率為50 Hz 或60 Hz 的交流電壓，或者是等于規(guī)定的交流試驗(yàn)電壓峰值的直流電壓。試驗(yàn)電壓應(yīng)按下面表格的規(guī)定針對相應(yīng)的絕緣等級以及絕緣兩端的工作電壓U 選取。(5.4.1: 異常工作和故障情況：設(shè)備的設(shè)計應(yīng)盡可能地避免因機(jī)械、電氣過載或失效、異常工作或使用不當(dāng)而造成的著火或電擊危險。(5.4.6: 元件和電路（除了馬達(dá)、變壓器、PCB 板爬電及間隙距離或次級電路的機(jī)電元件以外）都必須符合異常和故障情況下的使用要求(5.4.1。驗(yàn)證時可模擬如下故障條件：- 初級電路的任何元件出現(xiàn)失效（包括EMI 濾波器元件、整流橋、儲能電容、TOPSwitch 及其連接的所有元件）；- 可能對

24、附加絕緣或加強(qiáng)絕緣產(chǎn)生不利影響的元件失效情況（特別是連接在初級電路和次級電路之間的Y2電容失效）；- 此外，對于不符合4.4.2子條款（減小引燃的危險）和4.4.3子條款（材料及元件的可燃性）要求的設(shè)備，則所有的元件都要進(jìn)行失效模擬；- 在設(shè)備輸出功率或信號的連接終端和連接器（電網(wǎng)電源插座除外）上，接上最不利的負(fù)載阻抗后所引起的故障（比如：將一個II 類設(shè)備的輸出端接至大地上會使測量的漏電流增大）。檢查設(shè)備、電路圖及元器件規(guī)格書，以確定可能出現(xiàn)的故障情況。（一般而言，設(shè)計用于初次級電路之間、承擔(dān)全部抗電強(qiáng)度電壓并由安規(guī)機(jī)構(gòu)認(rèn)證的元件不屬于單一元件失效測試范疇，因?yàn)閮H僅做短路失效是非常不可靠的。

25、比如，安全上有要求的光耦器和Y1電容，可以在初級和次級電路之間直接使用，在交流電網(wǎng)電壓達(dá)250 VAC 時仍可正常工作。）表 1. 最大漏電流版本 B 04/05典型交流電網(wǎng)輸入電壓配置TOPSwitch 電源通常都連接在兩線或者三線配置的交流電網(wǎng)上。為完成此應(yīng)用指南中所介紹的EMI 設(shè)計，現(xiàn)在對兩線和三線配置加以說明。兩線交流輸入TOPSwitch 電源兩線交流輸入的連接可以由一條線電壓線與一條中線組成，其中交流電網(wǎng)的中線最終在該處通過供電的接線板連接回大地。兩線連接方式也可以由兩個單獨(dú)的相線構(gòu)成，兩條線都不直接連接至大地。電源的安全特低電壓(SELV輸出可直接連接至大地，也可不直接連接。此

26、應(yīng)用指南當(dāng)中，中線被看成是一個不接地的交流電源線或者單獨(dú)的相線。因此，與任何交流電源線一樣對其有相同的安全考量要求。此外，假定電源SELV 輸出的返回端是直接連接至大地的最壞情況。出于安全的考慮，很多時候都不會采用此連接。三線交流輸入三線連接方式中，第三條線為接大地的地線，用于連接EMI 濾波器元件、屏蔽、底盤以及外殼。中線被看成是一個不接地的交流電源線或者單獨(dú)的相線。因此與任何交流電源線一樣，對其要求也有相同的安全考量。此外，假定電源SELV 輸出的返回端是直接連接至大地的最壞情況。出于安全的考慮，很多時候都不會采用此連接。EMI 濾波器元件EMI 濾波器實(shí)際上是簡單地由電感或扼流圈與電容組

27、合構(gòu)成的。串聯(lián)電阻由于會導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的功率損耗，因而通常不會采用串聯(lián)電阻來降低傳導(dǎo)干擾。單級EMI 濾波器（一級共模和差模衰減）占用的空間最小成本也最低，但設(shè)計時必須仔細(xì)考慮，比如電路的寄生效應(yīng)、元件寄生效應(yīng)以及PCB 板布局，這樣才能以足夠的裕量滿足要求。也可以使用多級濾波器，因?yàn)榭梢詫σ患墳V波器進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，使其彌補(bǔ)其它級濾波器的不足。兩級的設(shè)計可以降低電流干擾并增大滿足規(guī)范限定的裕量，但可能不會以最終產(chǎn)品的尺寸及成本作為設(shè)計目標(biāo)。了解EMI 濾波器設(shè)計的基礎(chǔ)知識，有助于設(shè)計者使用較小的、低成本的單級EMI 濾波器。圖 9. 理想電容阻抗和實(shí)際電容阻抗的比較電容正確地選擇EMI 濾波器

28、中的電容需要注意三個關(guān)鍵參數(shù)：阻抗特性、額定電壓及安全要求。圖9所示為理想電容器和非理想電容器所表現(xiàn)出的阻抗 特性。理想電容器的阻抗特性隨頻率的增加線性下降。 實(shí)際電容由于有寄生電感和電阻的存在，其阻抗特性的表現(xiàn)與理想電容相比有很大的差異。如圖中所示，等效串聯(lián)電感(ESL會使電容具有一個自諧振頻率f r 。電容在自諧振頻率點(diǎn)處的阻抗由等效串聯(lián)電阻(ESR決定。超過此自諧振頻率點(diǎn)(fr ，電容實(shí)際上表現(xiàn)為一個電感。通常，聚酯薄膜電容、聚酯薄膜與紙介質(zhì)合成的電容以及陶瓷介質(zhì)電容的自諧振頻率點(diǎn)最高，常用于EMI 濾波器中。鋁電解儲能電容開關(guān)電源往往都有一個橋式整流器及高壓儲能鋁電解電容，如圖7中C

29、IN 所示。用于將交流電網(wǎng)的輸入電壓轉(zhuǎn)換成支流高壓總線電壓（一般為100至400伏的直流）。該電容的阻抗必須盡可能的小，它提供了第一級對差模傳導(dǎo)干擾的濾波。圖10和圖11所示的耐壓分別為200 V 和400 V 、徑向引線（兩條引線在電容器的一端引出）的鋁電解電容與類似的軸向引線（兩條引線分別從電容器的兩端引出）電解電容在阻抗特性方面的比較。圖中同時顯示了近似的電容尺寸（直徑與長度，單位為mm ）。徑向引線電容在低 于10 MHz 的頻段其阻抗特性都是很低的，而軸向引線電 容當(dāng)頻率高于1 MHz 時呈現(xiàn)感性阻抗。應(yīng)使用徑向引線 電容并且安裝時靠近引線的引出端以減小引線長度及ESL 。不要使用軸

30、向引線電容，因其總的引線長度較長 （至少等于電容的直徑），使ESL 增大，從而增大了阻抗。值得注意的是，在高于1 MHz 頻率，較大的軸向引 線電容與較小的徑向引線電容相比，實(shí)際上其阻抗更高 （因此會造成較高的傳導(dǎo)干擾電流）。EMI 濾波器電容各公司將EMI 濾波器中使用的電容劃分為：無線干擾抑制器、衰減電容或安全認(rèn)證電容。這些電容必須滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 132400中關(guān)于安全的要求。該標(biāo)準(zhǔn)定義了兩類電容，分別為X 電容和Y 電容(12 (13。表 3. X電容分類X 電容僅用在當(dāng)電容失效時不會使任何人遭受電擊危險的位置。電容通常連接在交流電網(wǎng)輸入兩端，作為EMI 濾波器的差模干擾的抑制。X 電

31、容分為三種：在TOPSwitch 電源的EMI 濾波器中最常用的為抑制差模的X2電容。也可使用X1電容，但成本較高。通常不使用X3電容。很多供應(yīng)商都提供X2電容，包括Murata 、Roederstein 、Panasonic 、Rifa 及Siemens 。圖12所示為不同尺寸的短引線X2電容的阻抗特性，同時也顯示了一個較小的長引線X2電容的阻抗。往往使用短引線的電容，以便降低阻抗，從而降低高頻傳導(dǎo)干擾電流。Y 電容用在電容失效時可能造成某些人有電擊危險的場合。Y 電容通常從交流電網(wǎng)或橋式整流輸出端連接至SELV 次級、底盤、屏蔽構(gòu)件或者大地。由于不同應(yīng)用都對最大允許漏電流有所要求（根據(jù)交流

32、電網(wǎng)的連接方式，漏電流范圍從0.25 mA 至3.5 mA ），因此必須對Y 電容的最大數(shù)值加以限制。EN 132400標(biāo)準(zhǔn)中對Y 電容劃分為四個等級。版本 B 04/05PCB 板走線進(jìn)行降低。長引線及長PCB 走線會引起干擾電流，盡管可以滿足傳導(dǎo)干擾要求但同時會從供電電纜輻射出足夠高的能量，從而造成輻射干擾要求超標(biāo)。所有Y 電容的連接使用短引線及盡量短的PCB 板走線，無論對傳導(dǎo)干擾還是輻射干擾都是非常重要的。在兩線230 VAC 輸入或?qū)掚妷狠斎氲膽?yīng)用中，交流電網(wǎng)或 橋式整流輸出端與SEL V 次級之間可以直接使用一個Y1安規(guī) 電容。一個Y1電容同時可以滿足抗電強(qiáng)度的要求（電源連接 于2

33、30 V AC 電網(wǎng)時，通常施加3000 V AC 電壓，時間為一 分鐘）。1000 p F 的Y1電容可從下面的廠商得到：Murata (14 （ACT4K-KD 系列的DE1110 E 102M ACT4K-KD ）、Roederstein (15（WKP 系列的WKP102MCPE.OK ）以及Rifa (12（PME 294系列的PME 294RB4100M）。一般地，Y1電容不會在三線輸入應(yīng)用當(dāng)中使用。Y2電容不滿足加強(qiáng)絕緣的要求。在進(jìn)行單一元件失效安全分析時，Y2電容可以先用跳線來替代，再檢查是否存在電擊或火災(zāi)的危險。在多數(shù)的兩線輸入應(yīng)用中，通常在 初級和SELV 輸出之間使用兩個

34、2200 pF 的Y2電容串聯(lián)， 這樣當(dāng)其中一個Y2電容出現(xiàn)短路失效時不會造成安全 方面的危險。為了滿足抗電強(qiáng)度的要求（電源連接于 230 V AC 電網(wǎng)時，通常施加3000 V AC 電壓，時間為一分鐘），采用兩個Y2電容串聯(lián)也是必要的。在三線輸入的應(yīng)用中，Y2電容可以直接連接在交流電網(wǎng)或橋式整流輸出與 大地之間。因?yàn)榇蟮氐慕拥鼐€在Y2電容短路時，可以對故 障電流進(jìn)行安全地分流。額定電壓為250 VAC 的Y2電容可以從很多供應(yīng)商處得到，包括有Murata 、Roederstein 、Panasonic 、Rifa 及Siemens 。圖13所示為不同尺寸的短引線Y2電容的阻抗特性，同時也顯

35、示了一個較大的長引線Y2電容的阻抗。Y 電容用于完成從10 MHz 至200 MHz 頻段的大部分的高頻濾波。注意，通常電容的諧振頻率為 40 MHz 或更高，除非人為地使用較長的引線或較長的在115 V AC 輸入的應(yīng)用中，兩個串聯(lián)的Y2或Y4安規(guī)電容可以直接連在交流電網(wǎng)或橋式整流與SELV 次級之間。通常不會使用Y3安規(guī)電容。當(dāng)安全接地連接開路或者某個元件失效（比如Y1電容，因其結(jié)構(gòu)原因，在失效元件測試時不包括在內(nèi)）時，安全規(guī)范，比如UL1950、UL544、及IEC950，都對總的故障電流大小進(jìn)行了限定。例如，UL1950規(guī)定，I 類信息技術(shù)設(shè)備或三線（相線、中線及地線）、240 V A

36、C 、60 Hz 的輸入，當(dāng)?shù)鼐€開路或某個元件失效短路時其漏電流不得高于3.5 mA 。因此，Y 電容的最大容量被限制在0.039 F 之下（或39 nF ）。對于II 類設(shè)備或兩線（相線、中線，沒有地線）輸入，當(dāng)某個元件失效時其漏電流不得高于表 4. Y電容分類250 A，因而對應(yīng)240 V AC 、60 Hz 的輸入，Y 電容的最大值被限制在低于0.0028 F（2.8 nF 或2800 pF ）。電容 和輸入電壓的容差也必須加以考慮。圖14所示為用于漏電流測量的典型裝置。電感或扼流圈正確地選擇EMI 濾波器中的電感需要注意三個關(guān)鍵參數(shù)：等效阻抗特性、電流額定值及浪涌電流能力。圖15所示為

37、理想及非理想電感所表現(xiàn)出來的阻抗特性。理想電感的阻抗特性隨頻率的增加而線性增大。實(shí)際的電感有寄生的串聯(lián)電阻R S 和并聯(lián)的匝間電容(CW 存在。如圖中所示，C W 產(chǎn)生了一個諧振頻率點(diǎn)。超過該諧振頻率點(diǎn)(fr 時，電感實(shí)際上表現(xiàn)為一個電容。圖 16. 差模電感電源都具有橋式整流輸入濾波器，如前面的圖7所示，它汲取的工頻電流具有很高的峰值但寬度相當(dāng)窄。通常分立扼流圈對峰值電流的影響最小，但必須保證其通過峰值電流時不會出現(xiàn)嚴(yán)重的飽和（飽和會降低等效的電感量）。另外，當(dāng)輸入電容C IN 完全放電后，交流供電再次重新上電時會產(chǎn)生較高的浪涌沖擊電流。因此，分立扼流圈的額定電流值必須能夠保證安全地流過此浪

38、涌峰值電流。差模電感差模扼流圈實(shí)際上就是用于EMI 濾波器的分立電感，通過的電流為工頻或直流電流，同時對高頻傳導(dǎo)干擾電流進(jìn)行阻斷或?yàn)V波。如圖16所示，差模扼流圈通常繞制在低成本的螺線管磁芯上，該磁芯或者是鐵粉芯或者為鐵氧體材料。環(huán)形磁芯在成本上相對高些，但也可以使用。單層繞組扼流圈的電容最小，諧振頻率最高。等效電感量隨差模扼流圈中流過的峰值電流大小而改變。再次參考圖7，交流輸入經(jīng)橋式整流和濾波后得到高壓直流總線電壓。如圖中所示，輸入電流僅在很小的導(dǎo)通時間內(nèi)流過。正常工作期間，峰值交流輸入電流相當(dāng)高。差模扼流圈的設(shè)計和選擇要保證在峰值交流輸入電流流經(jīng)時不會出現(xiàn)飽和。圖17所示為使用鐵粉芯的環(huán)形磁

39、芯其電感量隨圈數(shù)和峰值電流的變化情況。在峰值交流輸入電流很高的情況下為得到所期望的電感量，通常要求使用較多的圈數(shù)或者較大的扼流圈磁芯。圖18所示為兩種不同的差模扼流圈的典型阻抗特性。值得注意的是較大的扼流圈在較低的頻率點(diǎn)處發(fā)生諧振并且呈現(xiàn)容性。較小的扼流圈在高于PI-709-031992I n d u c t a n c eNo BiasHeavy Bias Current圖 17. 有偏置電流時的電感量圖 15. 理想電感阻抗和實(shí)際電感阻抗的比較版本 B 04/053 MHz 頻率時阻抗較高，因?yàn)槠渥灾C振頻率點(diǎn)較高。為了 對基頻分量進(jìn)行衰減可以使用較大的扼流圈，但這樣可能會使高于3 MHz頻

40、率的電流分量通過。EMI 濾波器中經(jīng)常使用的差模扼流圈在輸出功率較低（低 于5 W ）的應(yīng)用當(dāng)中，即可以對差模也可以對共模進(jìn)行 濾波。輸出功率較高時，選擇合適的共模扼流圈可以同時得到差模電感量而不會有額外成本的增加。共模電感共模扼流圈就是特別為共模EMI 濾波器而設(shè)計的專用電感。共模扼流圈由兩個相同的繞組構(gòu)成，兩個繞組中差模電流產(chǎn)生的磁場是相互抵消的。圖19所示為環(huán)形磁芯的共模電感，非常適合說明其作用。但如下文所述，它并不是低成本的實(shí)用EMI 濾波器的最佳選擇。圖19 顯示了三種電流分量I D 、I C1和I C2。I D 為差模電流（如圖7 中所示）。它從交流電網(wǎng)供電端開始通過共模扼流圈的一

41、個繞組流向電源，經(jīng)過橋式整流的一個二極管，給高壓儲能電容C IN 充電，再經(jīng)過另一個橋式整流二極管、共模扼流圈的另一個繞組回流至供電端。由于差模電流I D 的循環(huán)流動以及兩個繞組的極性相同，磁芯內(nèi)的磁場被完全抵消。注意，兩個繞組的“起始”端從磁芯的同一側(cè)進(jìn)入磁芯，而兩個繞組的“結(jié)束”端從磁芯另外一側(cè)出來。共模扼流圈對于循環(huán)的差模電流來講相當(dāng)于短路電路。比如，I D 電103104105106107Frequency (HzI m p e d a n c e (IMPEDANCE vs. FREQUENCY105P I -739-032392100104103102101圖 18. 典型的差模扼

42、流圈阻抗圖 20. U型磁芯共模扼流圈（所有尺寸以mm 為單位）流從共模扼流圈的一個繞組流進(jìn)，卻從另外一個共模扼流圈的繞組流出。I C1和I C2為“共模”電流。可能與幅值和相位有關(guān)，也可能無關(guān)。對于共模電流來講，共模扼流圈表現(xiàn)為很大的電感。兩種低成本骨架類型的共模扼流圈簡化了EMI 濾波器的設(shè)計。圖20所示為采用“U 型”磁芯的共模扼流圈。繞組在一個常規(guī)骨架上繞制。兩個U 型磁芯插進(jìn)骨架當(dāng)中并用夾子固定。幾家提供U 型磁芯共模扼流圈的公司有Tokin (16、Tamura (17、Panasonic/Matsushita(18、TDK (19及Murata (20。圖 19. 理想的共模扼流

43、圈圖21所示為新型使用“線軸”式、骨架結(jié)構(gòu)為兩件的共模扼流圈。骨架的兩部分在無氣隙的磁芯附近緊扣在一起。骨架上的齒輪與繞線機(jī)上的齒輪嚙合，將漆包線纏繞在骨架上。Panasonic/Matsushita(18及Tokin (16供應(yīng)線軸式共模扼流圈。量另一個繞組的電感量即為該共模扼流圈的共模電感量。每個繞組的差模電感量等于另外一個繞組短路時測得的該繞組電感量的一半。 圖23和圖24分別顯示了U 型及線軸式共模扼流圈的共模阻抗特性。同時顯示的還有典型環(huán)形磁芯共模扼流圈的共模阻抗特性。值得注意的是，環(huán)形共模扼流圈的阻抗一般都圖 21. 線軸式共模扼流圈（所有尺寸以mm 為單位）圖 22. 共模扼流圈

44、的等效示意圖低于U 型及線軸式共模扼流圈的阻抗。圖25和圖26分別顯示了U 型及線軸式共模扼流圈的差模阻抗特性。同時顯示的還有典型環(huán)形磁芯共模扼流圈的差模阻抗特性。值得注意的是，環(huán)形共模扼流圈的差模阻抗大大低于U 型及線軸式共模扼流圈的差模阻抗。使用環(huán)形共模扼流圈時，通常需要額外的差模扼流圈。出于這些原因，不建議使用環(huán)形共模扼流圈，除了如下所述必須增加用于高頻抑制的環(huán)形共模扼流圈的情況以外。這種骨架類型的共模扼流圈具有一個很重要的好處，就是由于寄生漏感的存在，使得共模扼流圈具有一個“固有的差模扼流圈”。這樣就不需要增加額外的分立差模扼流圈。圖22為共模扼流圈的等效示意圖。它由一個共模電感量與一

45、個等效差模的漏感串聯(lián)組成。與很多其它磁性元件不同，共模扼流圈中的漏感是人們希望得到的寄生效果，它可以兼顧差模濾波，卻又不會增加額外元件的成本。共模扼流圈的模型就是一個共模電感量與一個差模電感量的串聯(lián)。共模電感量測量時，將一個繞組開路，測版本 B 04/05圖 26. 線軸式共模扼流圈（差模阻抗）骨架類型共模扼流圈的每個繞組在繞制時，可以繞在骨架的一段上也可以分兩段繞制。每個繞組在一段上繞制時成本最低，但每個繞組分成兩段繞制時繞組的電容減半，因而可以增大諧振頻率及等效帶寬。圖20所示的U 型磁芯共模扼流圈的每個繞組都在一段上繞制，而圖21所示的線軸式共模扼流圈的每個繞組是分兩段繞制的。如圖23所

46、示，一段繞制的U 型磁芯共模扼流圈的共模阻抗，與圖24所示的兩段繞制的線軸式共模扼流圈相比，其阻抗較低，諧振頻率也較低，諧振頻率點(diǎn)的尖峰也更加銳利些。每個繞組分兩段繞制的方法降低了電容，改善了高頻的共模阻抗特性。共模扼流圈還必須能夠承受如前所述的電源首次上電時出現(xiàn)的浪涌電流，同時在流過穩(wěn)態(tài)RMS 輸入電流時還要能夠正常工作。為了降低10 MHz 至200 MHz 范圍的高頻共模傳導(dǎo)干擾，如圖27所示，可以用一個小的鐵氧體磁環(huán)(21及絕緣線繞電源其它EMI 濾波器之間。共模扼流圈的技術(shù)同樣也可在電源輸出線上使用。反激式電源EMI 的特征圖28所示的幾個波形的共同作用使得反激電源具有與眾不同的EM

47、I 特征。如果沒有采用正確的EMI 設(shè)計技術(shù)，變壓器初級電流I PRI 、TOPSwitch 漏極電壓V Drain 、二極管電壓V DIODE 以及變壓器次級電流I SEC 波形都會產(chǎn)生干擾電流，從而可能超過EMI 規(guī)范所要求的限定值。初級電流波形當(dāng)TOPSwitch 導(dǎo)通時開始有初級電流I PRI 流動。變壓器初級電流以斜坡上升的方式達(dá)到一個峰值，該峰值由輸入電壓、初級電感量、開關(guān)頻率及占空比決定。此梯形（或三角形）電流波形在頻域內(nèi)表現(xiàn)為開關(guān)頻率的基頻頻譜分量及方波所決定的諧波分量，因而是造成交流電網(wǎng)和電源輸入之間流動的差模干擾電流的主要原因。如果PCB 板布局所決定的電流路徑所包圍的面積

48、較大，則輻射的磁場還會造成共模干擾。TOPSwitch 漏極 - 源極電壓波形漏極-源極電壓V Drain 的波形特征為很高的dv/dt轉(zhuǎn)換特性。寄生電路因素（漏感、TOPSwitch 輸出電容及變壓器電容）會引起附加的峰值電壓及頻率在3 MHz 至12 MHz 之間的振蕩。TOPSwitch 漏極、變壓器初級及連接至漏極節(jié)點(diǎn)的漏極箝位元件也會通過變壓器電容及其它寄生電容向大地注入位移電流。此位移電流經(jīng)過相線和中線的導(dǎo)體反向回流至TOPSwitch 的漏極驅(qū)動節(jié)點(diǎn)，因而為共模干擾電流。漏極電壓波形產(chǎn)生的位移電流以共模傳導(dǎo)干擾電流的形式傳遞能量，能量的頻譜范圍集中在開關(guān)頻率及圖中振蕩電壓波形所示

49、的3 MHz 至12 MHz 的諧振頻率點(diǎn)（f 1）處。與分立MOSFET 方案相比，使用TOPSwitch 的電源其共模干擾電流會低一些，因?yàn)門OPSwitch 具有經(jīng)過控制的導(dǎo)通柵驅(qū)動電路，以降低dv/dt。共模干擾電流較低的另一個原因是TO-220封裝TOPSwtich 的散熱片連接至相對“安靜”的源極引腳。但在分立MOSFET 方案中，高噪音的漏極“發(fā)射”節(jié)點(diǎn)直接與散熱片連接，類似于一個“廣播天線”。二極管電壓波形二極管電壓V DIODE 的波形特征為快速的電壓變化及快速的上升和下降時間。寄生電路因素（變壓器漏感及二極管電容）會引起附加的峰值電壓及頻率在20 MHz至30 MHz之間的

50、振蕩。二極管電壓波形會產(chǎn)生位移電流，通過變壓器電容或寄生電容流向大地。二極管電壓波形產(chǎn)生的位移電流以共模傳導(dǎo)干擾電流的形式傳遞能量，能量的頻譜范圍集中在開關(guān)頻率及圖中振蕩電壓波形所示的20 MHz 至 30 MHz的諧振頻率點(diǎn)（f 2）處。次級電流波形TOPSwitch 一關(guān)斷就有次級電流I SEC 開始流動。電流從一個峰值開始以某個斜率線性下降，下降斜率由次級電感量和輸出電壓決定。該梯形（或三角形）電流波形在頻域內(nèi)表現(xiàn)為開關(guān)頻率的基頻頻譜分量及方波所決定的諧波分量。疊加在波形上的多余振蕩與前面討論的漏極 - 源極電壓波形V Drain 有關(guān)。如果PCB 板布局所決定的合成電流的路徑所包圍的面

51、積較大，則會造成嚴(yán)重的磁場輻射。以共模干擾電流形式存在的能量，其頻譜集中于開關(guān)頻率及圖中振蕩電流波形所示的3 MHz至12 MHz的諧振頻率點(diǎn)(f1 處。圖 28. 反激式電源中引起EMI 的典型波形舉例版本 B 04/05圖 29. 差模干擾的電路成因抑制技術(shù)對EMI 加以控制要注意以下幾個方面： 差模濾波器 共模濾波器 電源線阻尼衰減 變壓器結(jié)構(gòu)差模濾波器分析差模傳導(dǎo)干擾是由電源和交流電網(wǎng)輸入之間流動的電流引起的。因此，通過相線流入電源的差模電流，會通過中線從電源流出。大部分的差模傳導(dǎo)干擾是由三角形或梯形的TOPSwitch 漏極電流波形的基頻和諧波成分引起的。EMI 測試時，差模電流在相

52、線LISN 檢測電阻R SL 和中線LISN 檢測電阻R SN 兩端產(chǎn)生的測試電壓，在幅值上相等而在相位上相反。進(jìn)行差模分析時實(shí)際的電路可以用圖29所示的等效模 型來替代。電流源I PRI 用于模擬初級電流。儲能電容C1在100 kHz 至1 MHz 頻段的有效阻抗可以用等效串聯(lián)電阻 或ESR 來模擬。假定整流橋處于有電流導(dǎo)通的狀態(tài)，因而可以用短路來表示。交流供電的阻抗可以用LISN 網(wǎng)絡(luò)的兩 個50 檢測電阻R SL 和R SN 的串聯(lián)來等效。差模電容C D 和 兩個相同的差模扼流圈L D 組成的L C 濾波器進(jìn)行差模濾波。在低于約1 MHz的頻段該模型都是正確有效的。必須對初級電流開關(guān)頻率

53、基頻分量及諧波分量I PRI (n進(jìn)行估計、測量及用仿真的方法進(jìn)行推理。注意，諧波分量測量得到的值為RMS 值，而計算或仿真得到的為峰值，必須轉(zhuǎn)換成RMS 值。典型的諧波包絡(luò)如圖30所示，為頻率的函數(shù)。圖 30. 典型初級電流的傅立葉頻譜曲線包絡(luò)123Harmonic NumberF o u r i e r C o e f f i c i e n tP I -173801049657. . .在開關(guān)頻率f S 的基頻及諧波頻率點(diǎn)處，輸入大電容C IN 的等效串聯(lián)電阻(ESR與差模扼流圈LD 相比其阻抗較低。初級電流I PRI 幾乎完全流經(jīng)大的儲能電容C IN ，產(chǎn)生一個等效梯形（或三角形）的差

54、模電壓源，其電壓高低與ESR 成比例。差模扼流圈及差模電容構(gòu)成一個簡單的低通濾波器，將等效電壓源衰減至滿足設(shè)計要求的水平。圖31所示為最終簡化模型，其中對應(yīng)n 次諧波電流（以峰值給出）的RMS 電壓源電壓為： 以dBV為單位的等效電壓源的幅值與希望滿足的傳導(dǎo)干擾要求之差確定了需要衰減的程度。電壓傳遞函數(shù)H(s由L D 、C D 和R S 表示。通常，在開關(guān)頻率點(diǎn)處要求進(jìn)行最大幅度的衰減，H(s的分母主要由頻率項(xiàng)來決定，可以如公式中所示進(jìn)行簡化。利用簡單的代數(shù)運(yùn)算可以得到一個很有用的頻域公式，它由三個獨(dú)立的分項(xiàng)乘積構(gòu)成。第一項(xiàng)將等效ESR 電壓源V PRI (s轉(zhuǎn)換成差模電感電流I D (s。第

55、二項(xiàng)將電流分成差模電容C D 和LISN 網(wǎng)絡(luò)的檢測電阻。而第三項(xiàng)檢測LISN 的電流分量，產(chǎn)生一個電壓用于檢波器或接收機(jī)的測量，以dBV為單位與要求的限定值相比較。該結(jié)果將對應(yīng)n 次諧波電流的等效ESR 電壓源V PRI (n在頻域內(nèi)表示（臨時）為V PRI (s，即為復(fù)雜的頻率變量s 的函數(shù)。圖 31. 差模電路的簡化模型對于EMI 濾波器設(shè)計，只考慮最重要的頻率分量的幅值， 因此使用整數(shù)值n 的諧波次數(shù)（而不是使用復(fù)雜的變量s ）， 即可簡化幅值表達(dá)式。開始濾波器設(shè)計時，要確定一個目標(biāo)檢測電壓V SNdBV(n，使其在相應(yīng)的n 次諧波頻率點(diǎn)處低于規(guī)范的限定值。進(jìn)行FCC 測試時，規(guī)范規(guī)定

56、的起始頻率為450 kHz ，包括TOPSwitch 的五次諧波(n=5，而 TOPSwitch 的100 kHz 基頻(n=1及二到四次諧波頻率 (n= 2, 3, 4 則不包含在測量范圍內(nèi)。對于歐洲的測量限定， 要檢查100 kHz 基頻(n=1及200 kHz 的二次諧波(n=2分量，因?yàn)槠錁?biāo)準(zhǔn)規(guī)定的起始測試頻率為150 kHz 。作為例子， 參考?xì)W洲EN55022中class B 的平均值限定值（圖2），在100 kHz 頻率(n=1的平均值限定值為74 dBV，在200 kHz 頻率(n=2的限定值為53.5 dBV。同時準(zhǔn)峰值的限定值比平均值的限定值高10 d B 。在多數(shù)低頻傳導(dǎo)

57、干擾測試中， 測量得到的準(zhǔn)峰值稍低于（1 dB 至3 dB ）峰值測量值。 但平均值可能比峰值低12 dB 。因此，如果設(shè)計的濾波器 滿足平均值限定，則同時會滿足準(zhǔn)峰值限定并具有較大的裕量。在這個例子當(dāng)中，整體上12 dB 的裕量，峰值將會 觸到平均值限定，平均值檢測將會提供余下的12 dB 的衰減。因此，目標(biāo)檢測電壓等于平均值限定值，即在100 kHz 頻率(VSNdBV(1點(diǎn)處為74 dBV，在200 kHz 頻率(VSNdBV(2點(diǎn)處為53.5 dBV。利用下式可以將V SNdBV(n從dBV轉(zhuǎn)換成絕對值的檢測電壓V SN (n。V SN (1為5.01 mV RMS ，V SN (2為

58、473 VRMS 。檢測電壓V SN (n再由下式轉(zhuǎn)換為流經(jīng)每個差模電感L D 的幅度為I L (n的RMS 電流。版本 B 04/05RMS 差模電流I L (1為638 A，而I L (2為119 A。這樣可以計算出目標(biāo)差模電感量L D 。115 V AC 供電的ST202A 電源在輸出功率為15瓦時，工作于非連續(xù)模式，漏極電流波形為三角波。峰值漏極電流I P 為0.8 A ，占空比為0.3。C6 (0.1 F為差模電容C D 。輸 入電容C1的ESR 為0.375 。通過仿真、計算及將電源 連接至LISN 但不使用EMI 濾波器的測量，等效電壓源電壓的基頻分量V PRI (1為59.3 mVRMS ，二次諧波V PRI (2為43.0 mVRMS 。每個支路上用于基頻衰減的差模電感量L D 為74 H，但對于二次諧波，要達(dá)到理想的衰減則需要較高的144 H的電感量，因?yàn)镋N55022規(guī)范在頻率為200 kHz 頻點(diǎn)處的要求更加嚴(yán)格。在此設(shè)計中使用了較高的電感量。注