LED反激式開(kāi)關(guān)電源EMI解答(4)

1、 環(huán)球電源論壇April 2005離線(xiàn)式開(kāi)關(guān)電源中存在的高電壓高電流開(kāi)關(guān)波形會(huì)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(xiàn)式電源的設(shè)計(jì)都必須考慮衰減或抑制EMI 干擾，以滿(mǎn)足可接受的標(biāo)準(zhǔn)要求。本設(shè)計(jì)指南討論了TOPSwitch 電源中降低傳導(dǎo)EMI 的設(shè)計(jì)方法，使其低于通常的標(biāo)準(zhǔn)限制要求。對(duì)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(jì)，不僅可以降低傳導(dǎo)EMI ，而且抑制輻射EMI 干擾，同時(shí)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(qǐng)參見(jiàn)AN-14和AN-20。本文將對(duì)以下議

2、題加以討論。 北美、歐盟以及德國(guó)的EMI 規(guī)范 利用LISN 測(cè)量傳導(dǎo)干擾 峰值、準(zhǔn)峰值及平均值檢測(cè)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(wèn)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(jì)技巧安全性是至關(guān)重要的問(wèn)題。在選擇EMI 濾波器元件、變壓器加強(qiáng)絕緣的設(shè)計(jì)以及PCB 板初次級(jí)間距時(shí)都要

3、對(duì)安全性加以考慮。事實(shí)上，安全性與電源或EMI 濾波器的設(shè)計(jì)是分不開(kāi)的，很難將安全性作為一個(gè)單獨(dú)的問(wèn)題加以討論。因此，此設(shè)計(jì)指南也將提供滿(mǎn)足安規(guī)要求的TOPSwitch 電源設(shè)計(jì)指導(dǎo)。EMI 規(guī)范在針對(duì)目標(biāo)市場(chǎng)研發(fā)系列產(chǎn)品時(shí)必須清楚所適用的EMI 規(guī)范要求。在美國(guó)，聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC規(guī)定有EMI 規(guī)范要求。加拿大的規(guī)范類(lèi)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(duì)準(zhǔn)峰值的檢測(cè)方法。第15節(jié)的最新補(bǔ)充說(shuō)明允許生產(chǎn)商在測(cè)試時(shí)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(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足要求(1。歐盟(EC的很多

4、國(guó)家也建立了電磁干擾兼容性的協(xié)調(diào) 計(jì)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(cè)量文件C.I.S.P.R.22版規(guī)定了歐盟市場(chǎng)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(cè)方法的(2 (3。圖3所示為適用于德國(guó)市場(chǎng)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(jì)目標(biāo)。德國(guó)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(mǎn)足VDE 0871的class B 窄帶限制要求，其

5、測(cè)試頻段從10 kHz 至30 MHz 。注意，規(guī)范中的限定僅適用于準(zhǔn)峰值檢測(cè)方式。當(dāng)產(chǎn)品的市場(chǎng)僅在德國(guó)時(shí)，可以選擇要么滿(mǎn)足Vfg 1046/1984的規(guī)范要求，要么滿(mǎn)足新的德國(guó)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(cè)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(cè)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(shí)顯示了Vfg 243/1991 class B 的準(zhǔn)峰值限定。滿(mǎn)足VD

6、E 0871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(jì)在成本上往往高于滿(mǎn)足Vfg/243規(guī)范要求的濾波器設(shè)計(jì)。傳導(dǎo)干擾的測(cè)量詳細(xì)的測(cè)試設(shè)備以及測(cè)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(duì)傳導(dǎo)干擾進(jìn)行測(cè)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(xiàn)電壓頻率的電流能夠直接通過(guò)，而電源高頻的傳導(dǎo)干擾電流會(huì)流經(jīng)耦合電容C C 和檢測(cè)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(cè)得到的電流干擾信號(hào)的幅值，其單位為dBµV，而

7、V SL 和V SN 為R SL 和R SN 兩端的電壓。版本 B 04/05圖 7. 差模電流對(duì)輸入電容C IN 的充電圖 6. 典型傳導(dǎo)干擾符合性測(cè)試臺(tái)設(shè)置圖6所示為標(biāo)準(zhǔn)要求的典型的傳導(dǎo)干擾測(cè)試臺(tái)設(shè)置，該測(cè)試臺(tái)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(cè)件、LISN 網(wǎng)絡(luò)及負(fù)載都要放置在距離測(cè)試臺(tái)邊緣40 cm 的地方。被測(cè)件與AC 輸入的LISN 之 間以及被測(cè)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(cè)件80 cm ，將多余的電纜捆 扎起來(lái)以防止其呈現(xiàn)感性。測(cè)試臺(tái)的邊緣要緊靠在一個(gè)至少兩平方米面積的垂直參考平面上。LISN 網(wǎng)絡(luò)要

8、使用一條低阻抗的高頻接地母線(xiàn)或編織電纜連接至參考平面上。對(duì)某些應(yīng)用，如果電源及負(fù)載都在同一個(gè)封裝當(dāng)中，則被測(cè)件與負(fù)載之間的電纜可以省略不用。在設(shè)計(jì)試驗(yàn)階段以及符合性預(yù)測(cè)時(shí)，由于EMI 接收機(jī)價(jià)格貴而且不易使用，強(qiáng)烈建議使用頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)量。傳導(dǎo)和輻射干擾測(cè)量時(shí)，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(cè)量的低于3 Hz 的視頻濾波器帶寬調(diào)節(jié)能力、峰值測(cè)量時(shí)的最大保持功能以及精確的經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)谋镜卣袷幤?，該振蕩器要能夠?qū)?00 kHz 的顯示

9、信號(hào) 進(jìn)行定位并且頻率漂移非常小。HP 8591EM 和Tektronix 2712(option 12 (8為兩個(gè)較低成本的頻譜分析儀，足以滿(mǎn)足 傳導(dǎo)干擾符合性預(yù)測(cè)的使用要求。峰值、準(zhǔn)峰值及平均值檢測(cè)如圖7所示，電源工作時(shí)由50或60 Hz 的交流電源供電，交流輸入電壓經(jīng)過(guò)橋式整流及大電容濾波產(chǎn)生一個(gè)高壓DC 電壓。在接近交流峰值電壓處僅在很短的時(shí)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(shí)間為3 mS 。這 樣可以確定等效的“對(duì)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(huì)流向交流電網(wǎng)輸入端（

10、進(jìn)而被LISN 網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)到）。實(shí)際上，傳導(dǎo)干擾信號(hào)僅在橋堆二極管導(dǎo)通時(shí)才會(huì)加到頻譜分析儀或接受機(jī)的檢測(cè)器上，二極管的導(dǎo)通相當(dāng)于 一個(gè)“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(shí)間而產(chǎn)生的“選通脈沖”效應(yīng)，無(wú)論對(duì)峰值、準(zhǔn)峰值檢測(cè)還是平均值檢測(cè)，都會(huì)引起測(cè)量信號(hào)幅值的改變。頻譜分析儀或EMI 接受機(jī)顯示的都是信號(hào)(9的RMS 有效值。例如，一個(gè)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(shí)，其RMS 電壓有效值為0.707伏。 無(wú)論采用哪種檢測(cè)方法（峰值、準(zhǔn)峰值或平均值），頻

11、譜分析儀（50歐母輸入阻抗）對(duì)應(yīng)此100 kHz 信號(hào)顯示值為 0.707伏（或117 dBµV或10 dBmW ）。因?yàn)榇诵盘?hào)為連 續(xù)的、窄帶并且是未經(jīng)調(diào)制或選通的信號(hào)。如果該信號(hào)為寬帶、調(diào)制的、以一個(gè)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(cè)方式，其顯示的RMS 值將會(huì)有所不同。顯示的測(cè)量值為等效連續(xù)正弦信號(hào)的幅值，其RMS 有效值等于檢波級(jí)輸出端測(cè)得的LISN 信號(hào)的RMS 有效值分量。峰值檢測(cè)是測(cè)量傳導(dǎo)干擾時(shí)最簡(jiǎn)單迅速的測(cè)量方法。 解析帶寬對(duì)應(yīng)10 kHz至150 kHz的頻帶設(shè)為200 Hz，對(duì)應(yīng) 150 kHz 至30 MHz 的頻帶設(shè)為9 kHz 。掃

12、描時(shí)間相對(duì)較 低。在不進(jìn)行平均的情況下實(shí)時(shí)顯示干擾測(cè)量值時(shí)，每次掃描測(cè)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(cè)量中得到的最高數(shù)值顯示出來(lái)。在整流橋?qū)ǖ倪x通脈沖期間，峰值檢波器測(cè)量最大信號(hào)的幅值。平均值檢測(cè)簡(jiǎn)單的說(shuō)就是一個(gè)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(duì)信號(hào)進(jìn) 行平均加權(quán)，但掃描時(shí)間必須增加以便對(duì)測(cè)量結(jié)果加以校 正。為完成傳導(dǎo)干擾的測(cè)量，應(yīng)使用峰值檢測(cè)的測(cè)量方法對(duì) 傳導(dǎo)干擾的全部頻段進(jìn)行測(cè)量，一般從10 kHz （或者依

13、據(jù)不同的規(guī)范要求從150 kHz或450 kHz開(kāi)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(cè)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(cè)量掃描(10。圖8所示為采用峰值和平均值檢測(cè)的典型的傳導(dǎo)干擾測(cè)量結(jié)果，測(cè)量頻率范圍從10 kHz 至500 kHz 。值得注意的是，峰值檢測(cè)除了采集100 kHz 開(kāi)關(guān)頻率的基頻及其前三個(gè)諧波分量以外，還對(duì)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(xiàn)。110A m p l i t u d e (d B µV 1009080706050403020100

14、200Frequency (KHzPeak DataAverage Data300500400P I -1628-111695圖 8. 峰值檢測(cè)數(shù)據(jù)與平均值檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比準(zhǔn)峰值檢測(cè)是用來(lái)表明干擾實(shí)質(zhì)上造成的危害程度。作為類(lèi)推，每秒都發(fā)生的輕緩的噪聲與每小時(shí)發(fā)生的噪聲相比其危害性更大。準(zhǔn)峰值檢測(cè)（實(shí)際上為一個(gè)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的中間帶寬的視頻濾波器）相當(dāng)于一個(gè)有泄漏的峰值檢波器，它在兩個(gè)輸入信號(hào)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(cè)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(cè)方法與峰值檢測(cè)相比其測(cè)量值總是較低。如果峰值測(cè)量結(jié)果滿(mǎn)足平均值規(guī)范的限定且有足夠的裕量，則沒(méi)

15、必要再使用平均檢波器進(jìn)行平均值測(cè)量。在沒(méi)有平均值限定要求的情況下，如果峰值測(cè)量結(jié)果滿(mǎn)足準(zhǔn)峰值規(guī)范的限定且有足夠的裕量，則沒(méi)必要再使用準(zhǔn)峰值檢波器進(jìn)行準(zhǔn)峰值的測(cè)量。一般地，在測(cè)試驗(yàn)證TOPSwitch 電源是否滿(mǎn)足C.I.S.P.R.22版、EN55022或 Vfg 243/91（以及Vfg 46/92）限定要求時(shí)，峰值測(cè)量的數(shù)據(jù)通常滿(mǎn)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(shí)，有必要使用平均值檢測(cè)方法進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)量。安全規(guī)范在進(jìn)行EMI 濾波器設(shè)計(jì)之前必須了解安全規(guī)范，因?yàn)榘踩矫娴囊髸?huì)對(duì)EMI 濾波器的設(shè)計(jì)有所限制。事實(shí)上，所有的儀器設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、電

16、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(guò)安全驗(yàn)證，以滿(mǎn)足目標(biāo)市場(chǎng)的安全標(biāo)準(zhǔn)并貼上相應(yīng)的安版本 B 04/05全標(biāo)識(shí)。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(guó)際電工委員會(huì)IEC950標(biāo)準(zhǔn)的名稱(chēng)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(duì)安全設(shè)備的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。IEC950的應(yīng)用主要是用來(lái)防止某些危險(xiǎn)可能帶來(lái)的損害或損傷。這些危險(xiǎn)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(duì)典型TOPSwitch 電源

17、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(hào)內(nèi)為相應(yīng)的IEC950章節(jié)序號(hào)。）IEC950規(guī)定（適用于TOPSwitch 電源）:（介紹）：電擊是由于電流通過(guò)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(jué)的反應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致間接的危害。電流再大些就會(huì)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(xiǎn)電壓。但是，對(duì)使用時(shí)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(duì)其采取適當(dāng)?shù)母綦x。(1.2.4.1: I 類(lèi)設(shè)備：用下列方法來(lái)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

18、裝置，使那些在基本絕緣一旦失效就會(huì)帶危險(xiǎn)電壓的導(dǎo)電零部件與建筑物配線(xiàn)中的保護(hù)接地導(dǎo)體相連。(1.2.4.2: II類(lèi)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(lèi)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(jí)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(jí)、TOPSwitch 以及任何連接至TOPSwitch 的元件，比如初級(jí)偏置繞組和光耦器的三極管。(1.2.8.2: 次級(jí)電路：沒(méi)有直接連接（除非通過(guò)適

19、當(dāng)?shù)腨 電容）至初級(jí)功率端的電路。其傳送的功率來(lái)自于變壓器。(1.2.8.5: 安全特低電壓(SELV電路：作了適當(dāng)設(shè)計(jì)和保護(hù)的次級(jí)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(gè)靠近的部件間或者某個(gè)部件與I 類(lèi)設(shè)備的保護(hù)地接地端之間的電壓都不超過(guò)一個(gè)安全電壓值。(1.2.9.2: 基本絕緣：對(duì)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(shí)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(jí)相當(dāng)于雙重絕緣。(1.2.9.6

20、: 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(shí)，所考慮的絕緣上所承受到的或能夠承受的最高電壓。(1.2.9.7: 走線(xiàn)：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(gè)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(cè)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(jí)電路至所有次級(jí)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(gè)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(cè)量得到的最短空間距離。(1.2.1

21、1.1: 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(jí)繞組及初級(jí)側(cè)的偏置繞組）隔離開(kāi)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(huì)引起危險(xiǎn)情況的發(fā)生。IEC950要求（適用于TOPSwitch 電源）(1.4.5: 在確定用于測(cè)試的供電電源的最不利電源電壓 時(shí)，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(méi)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(jì)上應(yīng)保證在電網(wǎng)供電斷開(kāi)時(shí)，不會(huì)因連接到供電電

22、路電容內(nèi)的電荷而造成電擊危險(xiǎn)。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)，則對(duì)于A 型可插式設(shè)備（無(wú)工業(yè)用插頭和插座）必須設(shè)法對(duì)電容進(jìn)行放電，放電的時(shí)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(xiàn)從插座拔出時(shí)，其插針是外露的，因而該電容可能會(huì)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(guò)下面表格中規(guī)定的限定值。對(duì)于II 類(lèi)設(shè)備，當(dāng)輸出沒(méi)有與大地連接時(shí)，測(cè)試要在可觸及的導(dǎo)電零部件上進(jìn)行，而對(duì)于可觸及的非導(dǎo)電零部件，應(yīng)對(duì)貼在該零部件上面積小于10 cm × 20 cm 的金屬箔進(jìn)行測(cè)量

23、。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(duì)相應(yīng)的絕緣等級(jí)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(jì)應(yīng)盡可能地避免因機(jī)械、電氣過(guò)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(xiǎn)。(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(jí)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(shí)可模擬如下故障條件：- 初級(jí)電路的任何元件出現(xiàn)

24、失效（包括EMI 濾波器元件、整流橋、儲(chǔ)能電容、TOPSwitch 及其連接的所有元件）；- 可能對(duì)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(jí)電路和次級(jí)電路之間的Y2電容失效）；- 此外，對(duì)于不符合4.4.2子條款（減小引燃的危險(xiǎn)）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(hào)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(gè)II 類(lèi)設(shè)備的輸出端接至大地上會(huì)使測(cè)量的漏電流增大）。檢查設(shè)備、電路圖及元器件規(guī)格書(shū)，以確定可能出現(xiàn)的故障情況。（一般而言，設(shè)計(jì)用于初次級(jí)電路之間、承擔(dān)

25、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(cè)試范疇，因?yàn)閮H僅做短路失效是非常不可靠的。比如，安全上有要求的光耦器和Y1電容，可以在初級(jí)和次級(jí)電路之間直接使用，在交流電網(wǎng)電壓達(dá)250 VAC 時(shí)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(xiàn)或者三線(xiàn)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(jì)，現(xiàn)在對(duì)兩線(xiàn)和三線(xiàn)配置加以說(shuō)明。兩線(xiàn)交流輸入TOPSwitch 電源兩線(xiàn)交流輸入的連接可以由一條線(xiàn)電壓線(xiàn)與一條中線(xiàn)組成，其中交流電網(wǎng)的中線(xiàn)最終在該處通過(guò)供電的接線(xiàn)板連接回大地。兩線(xiàn)連接方式也可以由兩個(gè)單獨(dú)的相線(xiàn)

26、構(gòu)成，兩條線(xiàn)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。此應(yīng)用指南當(dāng)中，中線(xiàn)被看成是一個(gè)不接地的交流電源線(xiàn)或者單獨(dú)的相線(xiàn)。因此，與任何交流電源線(xiàn)一樣對(duì)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(shí)候都不會(huì)采用此連接。三線(xiàn)交流輸入三線(xiàn)連接方式中，第三條線(xiàn)為接大地的地線(xiàn)，用于連接EMI 濾波器元件、屏蔽、底盤(pán)以及外殼。中線(xiàn)被看成是一個(gè)不接地的交流電源線(xiàn)或者單獨(dú)的相線(xiàn)。因此與任何交流電源線(xiàn)一樣，對(duì)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

27、考慮，很多時(shí)候都不會(huì)采用此連接。EMI 濾波器元件EMI 濾波器實(shí)際上是簡(jiǎn)單地由電感或扼流圈與電容組合構(gòu)成的。串聯(lián)電阻由于會(huì)導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的功率損耗，因而通常不會(huì)采用串聯(lián)電阻來(lái)降低傳導(dǎo)干擾。單級(jí)EMI 濾波器（一級(jí)共模和差模衰減）占用的空間最小成本也最低，但設(shè)計(jì)時(shí)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(mǎn)足要求。也可以使用多級(jí)濾波器，因?yàn)榭梢詫?duì)一級(jí)濾波器進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，使其彌補(bǔ)其它級(jí)濾波器的不足。兩級(jí)的設(shè)計(jì)可以降低電流干擾并增大滿(mǎn)足規(guī)范限定的裕量，但可能不會(huì)以最終產(chǎn)品的尺寸及成本作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。了解EMI 濾波器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，有助于設(shè)計(jì)者使用較小的

28、、低成本的單級(jí)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 濾波器中的電容需要注意三個(gè)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(xiàn)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(huì)使電容具有一個(gè)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(guò)此自諧振頻率點(diǎn)(fr ，電容實(shí)際上表現(xiàn)為一個(gè)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

29、用于EMI 濾波器中。鋁電解儲(chǔ)能電容開(kāi)關(guān)電源往往都有一個(gè)橋式整流器及高壓儲(chǔ)能鋁電解電容，如圖7中C 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(xiàn)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(jí)對(duì)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(xiàn)（兩條引線(xiàn)在電容器的一端引出）的鋁電解電容與類(lèi)似的軸向引線(xiàn)（兩條引線(xiàn)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(shí)顯示了近似的電容尺寸（直徑與長(zhǎng)度，單位為mm ）。徑向引線(xiàn)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(xiàn)電 容當(dāng)頻率高于1 MHz

30、 時(shí)呈現(xiàn)感性阻抗。應(yīng)使用徑向引線(xiàn) 電容并且安裝時(shí)靠近引線(xiàn)的引出端以減小引線(xiàn)長(zhǎng)度及ESL 。不要使用軸向引線(xiàn)電容，因其總的引線(xiàn)長(zhǎng)度較長(zhǎng) （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(xiàn)電容與較小的徑向引線(xiàn)電容相比，實(shí)際上其阻抗更高 （因此會(huì)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(wú)線(xiàn)干擾抑制器、衰減電容或安全認(rèn)證電容。這些電容必須滿(mǎn)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(lèi)電容，分別為X 電容和Y 電容(12 (13。表 3. X電容分類(lèi)X 電容僅用在當(dāng)電容失效時(shí)不會(huì)使

31、任何人遭受電擊危險(xiǎn)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(xiàn)X2電容的阻抗特性，同時(shí)也顯示了一個(gè)較小的長(zhǎng)引線(xiàn)X2電容的阻抗。往往使用短引線(xiàn)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(shí)可能造成某些人有電擊危險(xiǎn)的場(chǎng)合。Y 電容通常從交流電網(wǎng)或橋式整流

32、輸出端連接至SELV 次級(jí)、底盤(pán)、屏蔽構(gòu)件或者大地。由于不同應(yīng)用都對(duì)最大允許漏電流有所要求（根據(jù)交流電網(wǎng)的連接方式，漏電流范圍從0.25 mA 至3.5 mA ），因此必須對(duì)Y 電容的最大數(shù)值加以限制。EN 132400標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)Y 電容劃分為四個(gè)等級(jí)。版本 B 04/05PCB 板走線(xiàn)進(jìn)行降低。長(zhǎng)引線(xiàn)及長(zhǎng)PCB 走線(xiàn)會(huì)引起干擾電流，盡管可以滿(mǎn)足傳導(dǎo)干擾要求但同時(shí)會(huì)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(xiàn)及盡量短的PCB 板走線(xiàn)，無(wú)論對(duì)傳導(dǎo)干擾還是輻射干擾都是非常重要的。在兩線(xiàn)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

33、 V 次級(jí)之間可以直接使用一個(gè)Y1安規(guī) 電容。一個(gè)Y1電容同時(shí)可以滿(mǎn)足抗電強(qiáng)度的要求（電源連接 于230 V AC 電網(wǎng)時(shí)，通常施加3000 V AC 電壓，時(shí)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(huì)在三線(xiàn)輸入應(yīng)用當(dāng)中使用。Y2電容不滿(mǎn)足加強(qiáng)絕緣的要求。在進(jìn)行單一元件失效安全分析時(shí)，Y2電容可以先用跳線(xiàn)來(lái)替

34、代，再檢查是否存在電擊或火災(zāi)的危險(xiǎn)。在多數(shù)的兩線(xiàn)輸入應(yīng)用中，通常在 初級(jí)和SELV 輸出之間使用兩個(gè)2200 pF 的Y2電容串聯(lián)， 這樣當(dāng)其中一個(gè)Y2電容出現(xiàn)短路失效時(shí)不會(huì)造成安全 方面的危險(xiǎn)。為了滿(mǎn)足抗電強(qiáng)度的要求（電源連接于 230 V AC 電網(wǎng)時(shí)，通常施加3000 V AC 電壓，時(shí)間為一分鐘），采用兩個(gè)Y2電容串聯(lián)也是必要的。在三線(xiàn)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€(xiàn)在Y2電容短路時(shí)，可以對(duì)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 、Pana

35、sonic 、Rifa 及Siemens 。圖13所示為不同尺寸的短引線(xiàn)Y2電容的阻抗特性，同時(shí)也顯示了一個(gè)較大的長(zhǎng)引線(xiàn)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(zhǎng)的引線(xiàn)或較長(zhǎng)的在115 V AC 輸入的應(yīng)用中，兩個(gè)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(jí)之間。通常不會(huì)使用Y3安規(guī)電容。當(dāng)安全接地連接開(kāi)路或者某個(gè)元件失效（比如Y1電容，因其結(jié)構(gòu)原因，在失效元件測(cè)試時(shí)不包括在內(nèi)）時(shí)，安全規(guī)范，比如UL1950、UL544、及IEC950，都對(duì)總的故障電流

36、大小進(jìn)行了限定。例如，UL1950規(guī)定，I 類(lèi)信息技術(shù)設(shè)備或三線(xiàn)（相線(xiàn)、中線(xiàn)及地線(xiàn)）、240 V AC 、60 Hz 的輸入，當(dāng)?shù)鼐€(xiàn)開(kāi)路或某個(gè)元件失效短路時(shí)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 µF 之下（或39 nF ）。對(duì)于II 類(lèi)設(shè)備或兩線(xiàn)（相線(xiàn)、中線(xiàn)，沒(méi)有地線(xiàn)）輸入，當(dāng)某個(gè)元件失效時(shí)其漏電流不得高于表 4. Y電容分類(lèi)250 µA，因而對(duì)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 µF（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

37、流測(cè)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(gè)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所示為理想及非理想電感所表現(xiàn)出來(lái)的阻抗特性。理想電感的阻抗特性隨頻率的增加而線(xiàn)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(gè)諧振頻率點(diǎn)。超過(guò)該諧振頻率點(diǎn)(fr 時(shí)，電感實(shí)際上表現(xiàn)為一個(gè)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(duì)峰值電流的影響最小，但必須保證其通過(guò)峰值電流時(shí)不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的飽和（飽和會(huì)降低等效的電感量）。另外

38、，當(dāng)輸入電容C IN 完全放電后，交流供電再次重新上電時(shí)會(huì)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(guò)此浪涌峰值電流。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(guò)的電流為工頻或直流電流，同時(shí)對(duì)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(xiàn)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(duì)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(guò)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(xiàn)電壓。如圖中所示，輸入電流僅在很小的導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)流過(guò)

39、。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(jì)和選擇要保證在峰值交流輸入電流流經(jīng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)飽和。圖17所示為使用鐵粉芯的環(huán)形磁芯其電感量隨圈數(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(shí)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 0

40、4/053 MHz 頻率時(shí)阻抗較高，因?yàn)槠渥灾C振頻率點(diǎn)較高。為了 對(duì)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(huì)使高于3 MHz頻率的電流分量通過(guò)。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(duì)差模也可以對(duì)共模進(jìn)行 濾波。輸出功率較高時(shí)，選擇合適的共模扼流圈可以同時(shí)得到差模電感量而不會(huì)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(jì)的專(zhuān)用電感。共模扼流圈由兩個(gè)相同的繞組構(gòu)成，兩個(gè)繞組中差模電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(shuō)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

41、。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(kāi)始通過(guò)共模扼流圈的一個(gè)繞組流向電源，經(jīng)過(guò)橋式整流的一個(gè)二極管，給高壓儲(chǔ)能電容C IN 充電，再經(jīng)過(guò)另一個(gè)橋式整流二極管、共模扼流圈的另一個(gè)繞組回流至供電端。由于差模電流I D 的循環(huán)流動(dòng)以及兩個(gè)繞組的極性相同，磁芯內(nèi)的磁場(chǎng)被完全抵消。注意，兩個(gè)繞組的“起始”端從磁芯的同一側(cè)進(jìn)入磁芯，而兩個(gè)繞組的“結(jié)束”端從磁芯另外一側(cè)出來(lái)。共模扼流圈對(duì)于循環(huán)的差模電流來(lái)講相當(dāng)于短路電路。比如，I D 電103104105106107Frequency (HzI m p e d a n c e (

42、IMPEDANCE vs. FREQUENCY105P I -739-032392100104103102101圖 18. 典型的差模扼流圈阻抗圖 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(gè)繞組流進(jìn)，卻從另外一個(gè)共模扼流圈的繞組流出。I C1和I C2為“共?！彪娏??？赡芘c幅值和相位有關(guān)，也可能無(wú)關(guān)。對(duì)于共模電流來(lái)講，共模扼流圈表現(xiàn)為很大的電感。兩種低成本骨架類(lèi)型的共模扼流圈簡(jiǎn)化了EMI 濾波器的設(shè)計(jì)。圖20所示為采用“U 型”磁芯的共模扼流圈。繞組在一個(gè)常規(guī)骨架上繞制。兩個(gè)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

43、、Tamura (17、Panasonic/Matsushita(18、TDK (19及Murata (20。圖 19. 理想的共模扼流圈圖21所示為新型使用“線(xiàn)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(wú)氣隙的磁芯附近緊扣在一起。骨架上的齒輪與繞線(xiàn)機(jī)上的齒輪嚙合，將漆包線(xiàn)纏繞在骨架上。Panasonic/Matsushita(18及Tokin (16供應(yīng)線(xiàn)軸式共模扼流圈。量另一個(gè)繞組的電感量即為該共模扼流圈的共模電感量。每個(gè)繞組的差模電感量等于另外一個(gè)繞組短路時(shí)測(cè)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(xiàn)軸式共模扼流圈的共模阻抗特性。同時(shí)顯示的還有典型環(huán)形磁芯共模扼

44、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(xiàn)軸式共模扼流圈（所有尺寸以mm 為單位）圖 22. 共模扼流圈的等效示意圖低于U 型及線(xiàn)軸式共模扼流圈的阻抗。圖25和圖26分別顯示了U 型及線(xiàn)軸式共模扼流圈的差模阻抗特性。同時(shí)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(xiàn)軸式共模扼流圈的差模阻抗。使用環(huán)形共模扼流圈時(shí)，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(lèi)型的共模扼流圈具有一個(gè)很重要的好處，就是由于寄生漏感的存在，

45、使得共模扼流圈具有一個(gè)“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(gè)共模電感量與一個(gè)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(huì)增加額外元件的成本。共模扼流圈的模型就是一個(gè)共模電感量與一個(gè)差模電感量的串聯(lián)。共模電感量測(cè)量時(shí)，將一個(gè)繞組開(kāi)路，測(cè)版本 B 04/05圖 26. 線(xiàn)軸式共模扼流圈（差模阻抗）骨架類(lèi)型共模扼流圈的每個(gè)繞組在繞制時(shí)，可以繞在骨架的一段上也可以分兩段繞制。每個(gè)繞組在一段上繞制時(shí)成本最低，但每個(gè)繞組分成兩段繞制時(shí)繞組的電容減半，因而可以增大諧振頻率

46、及等效帶寬。圖20所示的U 型磁芯共模扼流圈的每個(gè)繞組都在一段上繞制，而圖21所示的線(xiàn)軸式共模扼流圈的每個(gè)繞組是分兩段繞制的。如圖23所示，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(xiàn)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(gè)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(shí)出現(xiàn)的浪涌電流，同時(shí)在流過(guò)穩(wěn)態(tài)RMS 輸入電流時(shí)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(gè)小的鐵氧體磁環(huán)(21及絕緣線(xiàn)繞電源其它EMI 濾波

47、器之間。共模扼流圈的技術(shù)同樣也可在電源輸出線(xiàn)上使用。反激式電源EMI 的特征圖28所示的幾個(gè)波形的共同作用使得反激電源具有與眾不同的EMI 特征。如果沒(méi)有采用正確的EMI 設(shè)計(jì)技術(shù)，變壓器初級(jí)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(jí)電流I SEC 波形都會(huì)產(chǎn)生干擾電流，從而可能超過(guò)EMI 規(guī)范所要求的限定值。初級(jí)電流波形當(dāng)TOPSwitch 導(dǎo)通時(shí)開(kāi)始有初級(jí)電流I PRI 流動(dòng)。變壓器初級(jí)電流以斜坡上升的方式達(dá)到一個(gè)峰值，該峰值由輸入電壓、初級(jí)電感量、開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率的基頻頻譜

48、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(dòng)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較大，則輻射的磁場(chǎng)還會(huì)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(huì)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(jí)及連接至漏極節(jié)點(diǎn)的漏極箝位元件也會(huì)通過(guò)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(guò)相線(xiàn)和中線(xiàn)的導(dǎo)體反向回流至TOPSwitch 的漏極驅(qū)動(dòng)

49、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(kāi)關(guān)頻率及圖中振蕩電壓波形所示的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(huì)低一些，因?yàn)門(mén)OPSwitch 具有經(jīng)過(guò)控制的導(dǎo)通柵驅(qū)動(dòng)電路，以降低dv/dt。共模干擾電流較低的另一個(gè)原因是TO-220封裝TOPSwtich 的散熱片連接至相對(duì)“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(lèi)似于一個(gè)“廣播天線(xiàn)”。二極管電壓波形二極管電壓V DIODE 的波形特征為

50、快速的電壓變化及快速的上升和下降時(shí)間。寄生電路因素（變壓器漏感及二極管電容）會(huì)引起附加的峰值電壓及頻率在20 MHz至30 MHz之間的振蕩。二極管電壓波形會(huì)產(chǎn)生位移電流，通過(guò)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(kāi)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(jí)電流波形TOPSwitch 一關(guān)斷就有次級(jí)電流I SEC 開(kāi)始流動(dòng)。電流從一個(gè)峰值開(kāi)始以某個(gè)斜率線(xiàn)性下降，下降斜率由次級(jí)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(kāi)關(guān)頻率的基頻頻譜分量及方波所決定的諧

51、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積較大，則會(huì)造成嚴(yán)重的磁場(chǎng)輻射。以共模干擾電流形式存在的能量，其頻譜集中于開(kāi)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(duì)EMI 加以控制要注意以下幾個(gè)方面： 差模濾波器 共模濾波器 電源線(xiàn)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(dòng)的電流引起的。因此，通過(guò)相線(xiàn)流入電源的差模電流，會(huì)通過(guò)中

52、線(xiàn)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(cè)試時(shí)，差模電流在相線(xiàn)LISN 檢測(cè)電阻R SL 和中線(xiàn)LISN 檢測(cè)電阻R SN 兩端產(chǎn)生的測(cè)試電壓，在幅值上相等而在相位上相反。進(jìn)行差模分析時(shí)實(shí)際的電路可以用圖29所示的等效模 型來(lái)替代。電流源I PRI 用于模擬初級(jí)電流。儲(chǔ)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(lái)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(lái)表示。交流供電的阻抗可以用LISN 網(wǎng)絡(luò)的兩 個(gè)50 檢測(cè)電阻R SL 和R SN 的串聯(lián)來(lái)等效。差模電容C D

53、 和 兩個(gè)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(duì)初級(jí)電流開(kāi)關(guān)頻率基頻分量及諧波分量I PRI (n進(jìn)行估計(jì)、測(cè)量及用仿真的方法進(jìn)行推理。注意，諧波分量測(cè)量得到的值為RMS 值，而計(jì)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(jí)電流的傅立葉頻譜曲線(xiàn)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(kāi)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

54、聯(lián)電阻(ESR與差模扼流圈LD 相比其阻抗較低。初級(jí)電流I PRI 幾乎完全流經(jīng)大的儲(chǔ)能電容C IN ，產(chǎn)生一個(gè)等效梯形（或三角形）的差模電壓源，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(gè)簡(jiǎn)單的低通濾波器，將等效電壓源衰減至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的水平。圖31所示為最終簡(jiǎn)化模型，其中對(duì)應(yīng)n 次諧波電流（以峰值給出）的RMS 電壓源電壓為： 以dBµV為單位的等效電壓源的幅值與希望滿(mǎn)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(kāi)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(lái)決定，可以如公式中所示進(jìn)行簡(jiǎn)化。利用

55、簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算可以得到一個(gè)很有用的頻域公式，它由三個(gè)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。第二項(xiàng)將電流分成差模電容C D 和LISN 網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)電阻。而第三項(xiàng)檢測(cè)LISN 的電流分量，產(chǎn)生一個(gè)電壓用于檢波器或接收機(jī)的測(cè)量，以dBµV為單位與要求的限定值相比較。該結(jié)果將對(duì)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(shí)）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(jiǎn)化模型對(duì)于EMI 濾波器設(shè)計(jì)，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 ）

56、， 即可簡(jiǎn)化幅值表達(dá)式。開(kāi)始濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，要確定一個(gè)目標(biāo)檢測(cè)電壓V SNdBµV(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(cè)試時(shí)，規(guī)范規(guī)定的起始頻率為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(cè)量范圍內(nèi)。對(duì)于歐洲的測(cè)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(cè)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 k

57、Hz 頻率(n=1的平均值限定值為74 dBµV，在200 kHz 頻率(n=2的限定值為53.5 dBµV。同時(shí)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)干擾測(cè)試中， 測(cè)量得到的準(zhǔn)峰值稍低于（1 dB 至3 dB ）峰值測(cè)量值。 但平均值可能比峰值低12 dB 。因此，如果設(shè)計(jì)的濾波器 滿(mǎn)足平均值限定，則同時(shí)會(huì)滿(mǎn)足準(zhǔn)峰值限定并具有較大的裕量。在這個(gè)例子當(dāng)中，整體上12 dB 的裕量，峰值將會(huì) 觸到平均值限定，平均值檢測(cè)將會(huì)提供余下的12 dB 的衰減。因此，目標(biāo)檢測(cè)電壓等于平均值限定值，即在100 kHz 頻率(VSNdBµV(1點(diǎn)處為74

58、dBµV，在200 kHz 頻率(VSNdBµV(2點(diǎn)處為53.5 dBµV。利用下式可以將V SNdBµV(n從dBµV轉(zhuǎn)換成絕對(duì)值的檢測(cè)電壓V SN (n。V SN (1為5.01 mV RMS ，V SN (2為473 µVRMS 。檢測(cè)電壓V SN (n再由下式轉(zhuǎn)換為流經(jīng)每個(gè)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 µA，而I L (2為119 µA。這樣可以計(jì)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(shí)，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 µF為差模電容C D 。輸 入電容C1的ESR 為0.375 。通過(guò)仿真、計(jì)算及將電源 連接至LISN 但不使用EMI 濾波器的測(cè)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(gè)支路上用于基頻衰減的差模電感量L D 為74 µH，但對(duì)于二次諧波，要達(dá)到理想的衰減則需要較高的144 µH的電感量，因?yàn)镋N55022規(guī)范在頻率為200 kHz 頻點(diǎn)處的