電磁干擾的類型和來源以及干擾濾波器綜述

　　選擇這些器件需要確定干擾的類型和來源，及其適用的標(biāo)準(zhǔn)

　　現(xiàn)在生產(chǎn)的所有電子設(shè)備都包含電磁干擾濾波電路。同樣，所有開關(guān)型電源都有內(nèi)部的電磁干擾濾波器。但是，在有些環(huán)境中，這些電子器件的電磁干擾濾波器需要輔助濾波器，以便滿足更加苛刻的電噪聲管制或者保護(hù)器件免受過多的外部噪聲源干擾。

　　定義噪聲

　　電磁干擾可以是傳導(dǎo)型的電磁干擾，也就是說干擾噪聲沿著電導(dǎo)體、電線、印刷電路的線路或者變壓器、電感、電容、半導(dǎo)體以及電阻器等電子元件傳輸。

　　電噪聲也可以是輻射型電磁干擾（RFI），它像磁場或無線電波一樣通過空氣或自由空間傳輸。輻射性電磁干擾通常是由提供金屬屏蔽的方法來控制的，金屬屏蔽包含設(shè)備外殼內(nèi)的磁場或無線電波。

　　滿足電磁兼容性（EMC）標(biāo)準(zhǔn)

　　使用電磁干擾濾波電路是為了使最終產(chǎn)品滿足適用的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。被引用最多的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)是適用于IT設(shè)備的EN55022，適用于工業(yè)設(shè)備的EN55011以及在美國國內(nèi)適用于商品或工業(yè)設(shè)備的FCC的A級標(biāo)準(zhǔn)，或者適用于住宅設(shè)備的FFC的B級標(biāo)準(zhǔn)。

　　FCC的B級標(biāo)準(zhǔn)要比A級標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格、限制也更多。對于大部分此類標(biāo)準(zhǔn)，傳導(dǎo)型電磁干擾頻率范圍通常被定義在150kHz～30MHz之間，正如頻譜分析儀的測量結(jié)果。在有些情況下，這個(gè)范圍的下限會低至10kHz。與之形成對比的是，輻射型電磁干擾通常定義在30MHz～1GHz范圍內(nèi)。

　　電磁干擾源

　　大部分電氣和電子設(shè)備都會產(chǎn)生電磁干擾，而且會受電磁干擾影響。它無處不在，其中包含交流電動機(jī)、熒光燈/鎮(zhèn)流器、調(diào)光器、微波爐、微處理器以及開關(guān)型電源。

　　在開關(guān)型電源中，高交流電壓將在50kHz～1MHz的較高頻率范圍內(nèi)被截?cái)嗷蜣D(zhuǎn)換。這種高速的開關(guān)過程是開關(guān)型電源所固有的，與線性電源相比，它提高了效率并減小了體積。

　　但是，這會產(chǎn)生一種副作用，即這種開關(guān)會產(chǎn)生有害的電磁干擾。事實(shí)上，開關(guān)型電源中大部分傳導(dǎo)型電磁干擾來源于主開關(guān)MOSFET、晶體管以及輸出整流器。

　　無論是在電源還是在電子設(shè)備的內(nèi)部，保持內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲不向外泄漏以及防止外部交流線路噪聲進(jìn)入設(shè)備，這正是電磁干擾濾波器的功能。電磁干擾濾波器通常由無源電子元件的網(wǎng)絡(luò)組成，這些元件包括電容和電感，它們組成LC電路。

　　因?yàn)橛泻Φ碾姶鸥蓴_的頻率要比正常信號頻率高得多，所以電磁干擾濾波器是通過選擇性地阻攔或分流有害的高頻來發(fā)揮作用的?；旧?，電磁干擾濾波器的感應(yīng)部分被設(shè)計(jì)作為一個(gè)低通器件使交流線路頻率通過，同時(shí)它還是一個(gè)高頻截止器件。

　　電磁干擾濾波器的其他部分使用電容來分路或分流有害的高頻噪聲，使這些有害的高頻噪聲不能到達(dá)敏感電路。最終結(jié)果是，電磁干擾濾波器顯著降低或衰減了所有要進(jìn)入或離開受保護(hù)電子器件的有害噪聲信號。

　　共模和差模噪聲

　　傳導(dǎo)型電磁干擾主要分為兩種類型：共模噪聲（CMN）以及差模噪聲（DMN）。共模噪聲又稱為非對稱噪聲或線路對地的噪聲，在交流輸入的兩端（輸電線和中線）都存在這種噪聲，兩者對地的相位保持同相。

　　共模噪聲的電流在兩個(gè)輸電線上以相同的方向流動并通過地線返回。共模噪聲可以通過在電磁干擾濾波器中放置與每條輸電線串聯(lián)的電感并在兩個(gè)輸電線和地之間使用Y電容進(jìn)行連接來予以抑制。

　　差模噪聲又稱為正常型、對稱噪聲或線路間噪聲，它存在于交流線路和中性導(dǎo)線中，二者相位差為180°。差模噪聲的電流沿著一條交流線流出，并沿著另一條交流線返回。在地線中不存在差模噪聲電流。

　　差模噪聲可以通過在電磁干擾濾波器中使用X電容進(jìn)行抑制，電容連接在輸電線（輸電線和中線）之間，對差模信號起到高頻分流的作用。在差模噪聲非常大的情況下，可能需要增加差模抑制電感。有些混合型電感所包含的線圈可以同時(shí)抑制共模和差模噪聲。[next]

　　寄生噪聲

　　寄生噪聲與電路中意外產(chǎn)生或傳輸?shù)碾娫肼暎ü材Ｔ肼暫筒钅Ｔ肼暎┯嘘P(guān)。例如，安裝在PCB上的開關(guān)型半導(dǎo)體器件或帶有細(xì)小絕緣體的散熱片可能會包含少量的寄生或雜散電容元件。

　　這些在高頻處被忽視的雜散電容元件，或者其帶有非常快速的開關(guān)脈沖上升和下降時(shí)間，會促進(jìn)寄生噪聲向電路或系統(tǒng)中其他部分的傳輸和耦合。這一點(diǎn)適用于所有的電子元件。

　　例如，在變壓器的線圈之間存在無法完全消除的少量電容元件。同樣，在電容和印刷電路的線路電線，在高頻處會存在很小的電感元件，它們會導(dǎo)致有害的寄生噪聲在點(diǎn)與點(diǎn)之間傳播。寄生噪聲是開關(guān)型電源以及許多電子OEM產(chǎn)品中共模和差模噪聲的一種主要形成因素。

　　圖1 原理圖

　　這張?jiān)韴D顯示了一種用于抑制傳導(dǎo)型電磁干擾噪聲的典型電磁干擾濾波器。在圖1中，共模噪聲是通過使用雙重纏繞的環(huán)形電感來進(jìn)行抑制的（LCM1和LCM2）。這些電感在單個(gè)鐵芯上的纏繞方式使得它們對每條交流電線上的同相共模噪聲表現(xiàn)出很高的阻抗。此外，Y電容（CY1和CY2）將高頻共模噪聲分流或分路到地。

　　每條交流電線上的差模噪聲是通過2個(gè)X電容（CX1和CX2）來進(jìn)行抑制的，這兩個(gè)電容趨向于將交流輸電線和中線之間存在的非同步高頻差模噪聲中和。在供電切斷之后，這些電容將通過輸入電阻進(jìn)行放電。

　　需要額外濾波的情況

　　雖然所有交流或直流電源都帶有符合各種EMC標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部電磁干擾濾波器，但是有些情況下，使用這些電源的電路或系統(tǒng)其所產(chǎn)生的電噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過濾波器自身的承受能力。在其他情況中，如果多個(gè)供電電源使用相同的交流電源，那么每個(gè)電源的內(nèi)部電磁干擾濾波器所包含的或沒有濾除的少量噪聲會產(chǎn)生疊加，使噪聲超過可以承受的范圍。