高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的電磁兼容性問題研究

2.3 雜散參數(shù)影響耦合通道的特性

在傳導(dǎo)騷擾頻段（30MHz），多數(shù)開關(guān)電源騷擾的耦合通道是可以用電路網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述的。但是，在開關(guān)電源中的任何一個(gè)實(shí)際元器件，如電阻器、電容器、電感器乃至開關(guān)管、二極管都包含有雜散參數(shù)，且研究的頻帶愈寬，等值電路的階次愈高，因此，包括各元器件雜散參數(shù)和元器件間的耦合在內(nèi)的開關(guān)電源的等效電路將復(fù)雜得多。在高頻時(shí)，雜散參數(shù)對(duì)耦合通道的特性影響很大，分布電容的存在成為電磁騷擾的通道。另外，在開關(guān)管功率較大時(shí)，集電極一般都需加上散熱片，散熱片與開關(guān)管之間的分布電容在高頻時(shí)不能忽略，它能形成面向空間的輻射騷擾和電源線傳導(dǎo)的共模騷擾。

3 電磁兼容設(shè)計(jì)

3.1 輸入端濾波器的設(shè)計(jì)

開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲包含共模噪音和差模噪音。共模干擾是由于載流導(dǎo)體與大地之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的；而差模干擾則是由于載流導(dǎo)體之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位反向的。通常，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時(shí)存在的。為此應(yīng)在電源輸入端加濾波器，濾波器阻抗應(yīng)與電源阻抗失配，失配越厲害，實(shí)現(xiàn)的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。也就是說，如果噪音源內(nèi)阻是低阻抗的，則與之對(duì)接的EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是高阻抗(如電感量很大的串聯(lián)電感)；如果噪音源內(nèi)阻是高阻抗的，則EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是低阻抗(如容量很大的并聯(lián)電容)。由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會(huì)互相轉(zhuǎn)變，情況十分復(fù)雜。典型的EMI濾波器包含了共模雜訊和差模雜訊兩部分的抑制電路，如圖3所示。

圖3 電源濾波器

圖中：差模抑制電容Cx1，Cx 20.1～0.47μF；

差模抑制電感L1，L2 100～130μH；

共模抑制電容Cy1，Cy2 10000pF；

共模抑制電感L 15～25mH。

插入損耗的定義如圖4所示，當(dāng)沒接濾波器時(shí)，信號(hào)源輸出電壓為V1，當(dāng)濾波器接入后，在濾波器輸出端測(cè)得信號(hào)源的電壓為V2。若信號(hào)源輸出阻抗與接收機(jī)輸入阻抗相等，都是50Ω，則濾波器的插入損耗為

IL=20log（2）

設(shè)計(jì)時(shí)，必須使共模濾波電路和差模濾波電路的諧振頻率明顯低于開關(guān)電源的工作頻率，一般要低于10kHz，即f=10kHz。

圖4 插入損耗的定義

圖5是差模與共模干擾的示意圖。

（a）差模干擾（b）共模干擾

圖5 差模與共模干擾示意圖

在實(shí)際使用中，由于設(shè)備所產(chǎn)生的共模和差模的成分不一樣，所以，濾波電路可適當(dāng)增加或減少濾波元件。具體電路的調(diào)整一般要經(jīng)過EMI試驗(yàn)后才能有滿意的結(jié)果，安裝濾波電路時(shí)一定要保證接地良好，并且輸入端和輸出端要良好隔離，否則，起不到濾波的效果。

圖6是兩種濾波電路，它們的濾波效果如圖7實(shí)驗(yàn)曲線所示。

（a）濾波電路1

（b）濾波電路2

圖6 兩種濾波電路

①為加濾波器電路1 ②為加濾波電路2

圖7 兩種濾波電路效果實(shí)驗(yàn)曲線