開關(guān)電源的EMC及安全規(guī)范設(shè)計(jì)

　?。ǘ┲绷鱾?cè)濾波。在開關(guān)電源的直流輸出側(cè)插入電源濾波器，它由共模扼流圈L1、L2，扼流圈L3和電容C1、C2組成。為了防止磁芯在較大的磁場(chǎng)強(qiáng)度下飽和而使扼流圈失去作用，扼流圈的磁芯必須采用高頻特性好且飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度大的恒μ磁芯。

　　屏蔽

　　抑制輻射噪聲的有效方法是屏蔽。用導(dǎo)電良好的材料對(duì)電場(chǎng)屏蔽，用導(dǎo)磁率高的材料對(duì)磁場(chǎng)屏蔽。為了防止脈沖變壓器的磁場(chǎng)泄露，可利用閉合磁環(huán)形成磁屏蔽，對(duì)整個(gè)開關(guān)電源要進(jìn)行屏蔽。在屏蔽時(shí)應(yīng)考慮散熱和通風(fēng)問題，屏蔽盒上的通風(fēng)孔最好為圓形，接縫處最好焊接，以保證電磁的連續(xù)性。

　　開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)考慮的因素還很多，如印制板的制作、元器件的布局以及各種電源線、信號(hào)線的捆扎、配置等，有許多工作要做。全面抑制開關(guān)電源的各種噪聲會(huì)大大提高開關(guān)電源的電磁兼容性，使開關(guān)電源得到更廣泛的應(yīng)用。

　　EMI濾波器的設(shè)計(jì)原理

　　在開關(guān)電源中，主要的EMI騷擾源是功率半導(dǎo)體器件開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的dv/dt和di/dt，因而電磁發(fā)射EME（Electromagnetic Emission）通常是寬帶的噪聲信號(hào)，其頻率范圍從開關(guān)工作頻率到幾MHz。所以，傳導(dǎo)型電磁環(huán)境（EME）的測(cè)量，正如很多國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定，頻率范圍在0.15～30MHz。設(shè)計(jì)EMI濾波器，就是要對(duì)開關(guān)頻率及其高次諧波的噪聲給予足夠的衰減?；谏鲜鰳?biāo)準(zhǔn)，通常情況下只要考慮將頻率高于150kHz的EME衰減至合理范圍內(nèi)即可。

　　常用電源濾波類型

　　通常有四種技術(shù)可進(jìn)行電源濾波，以便抑制干擾噪聲。在實(shí)際使用中，經(jīng)常是混合使用其中的兩種，甚至多種技術(shù)。它們是：

　　正負(fù)極電源線之間添加電容，即X電容；

　　每根電源線和地線之間添加電容，即Y電容；

　　共模抑制（兩根電源線上的抑制線圈同向繞線）；

　　差模抑制（每根電源線有它自己的抑制線圈）。

　　電磁干擾濾波器的基本電路

　　電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10kHz～30MHz，最高可達(dá)150MHz。根據(jù)傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類：一類是從電源進(jìn)線引入的外界干擾，另一類是由電子設(shè)備產(chǎn)生并經(jīng)電源線傳導(dǎo)出去的噪聲。這表明噪聲屬于雙向干擾信號(hào)，電子設(shè)備既是噪聲干擾的對(duì)象，又是一個(gè)噪聲源。若從形成特點(diǎn)看，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。串模干擾是兩條電源線之間（簡(jiǎn)稱線對(duì)線）的噪聲。共模干擾則是兩條電源線對(duì)大地（簡(jiǎn)稱線對(duì)地）的噪聲。因此，電磁干擾濾波器應(yīng)符合電磁兼容性（EMC）的要求，也必須是雙向射頻濾波器，一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干擾，另一方面還能避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾，以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。此外，電磁干擾濾波器就對(duì)串模、共模干擾都起到抑制作用。

　　電感量范圍與額定電流的關(guān)系

　　基本電路及其典型應(yīng)用

　　電磁干擾濾波器的基本電路如圖1所示。該五端器件有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，使用時(shí)外殼應(yīng)接通大地。電路中包括共模扼流圈（亦稱共模電感）L、濾波電容C1～C4。L對(duì)串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時(shí)，由于兩個(gè)線圈的磁通方向相同，經(jīng)過(guò)耦合后總電感量迅速增大，因此對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過(guò)，故稱作共模扼流圈。它的兩個(gè)線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，兩個(gè)線圈上的磁場(chǎng)就會(huì)互相加強(qiáng)。L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關(guān)，參見表1。需要指出，當(dāng)額定電流較大時(shí)。

　　共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外，適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01μF～0.47μF，主要用來(lái)濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端，并將電容器的中點(diǎn)接地，能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF～0.1μF。為減小漏電流，電容量不得超過(guò)0.1μF，并且電容器中點(diǎn)應(yīng)與大地接通。C1～C4的耐壓值均為630VDC或250VAC。圖2示出一種兩級(jí)復(fù)合式EMI濾波器的內(nèi)部電路，由于采用兩級(jí)（亦稱兩節(jié)）濾波，因此濾除噪聲的效果更佳。針對(duì)某些用戶現(xiàn)場(chǎng)存在重復(fù)頻率為幾千赫茲的快速瞬態(tài)群脈沖干擾的問題，國(guó)內(nèi)外還開發(fā)出群脈沖濾波器（亦稱群脈沖對(duì)抗器），能對(duì)上述干擾起到抑制作用。

　　EMI濾波器圖

　　EMI濾波前后的波形比較

　　計(jì)算EMI濾波器對(duì)地漏電流的公式為：

　　ILD=2π×f×C×Vc （3）

　　式中，ILD為漏電流，f是電網(wǎng)頻率。以圖1為例，f=50Hz，C=C3+C4=4400pF，Vc是C3、