前面我有對開關(guān)電源系統(tǒng)的EMC分析進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，介紹了開關(guān)電源系統(tǒng)的EMI主要來源的分析和總結(jié)。這部分待續(xù)部分我就來書寫開關(guān)電源-傳導(dǎo)干擾進(jìn)行高效設(shè)計。

關(guān)鍵點1：

共模干擾的產(chǎn)生：是開關(guān)電源（開關(guān)MOS，輸出功率較大時MOS會增加散熱器設(shè)計）與大地（測試系統(tǒng)的參考接地板）之間存在分布電容。開關(guān)MOS及輸出整流二極管在電路中方波電壓的高頻分量通過分布電容傳入到大地（參考接地板）。這樣就形成與電源線的回路，或者說;高頻分量通過分布電容與電源線構(gòu)成回路產(chǎn)生共模騷擾！

關(guān)鍵點2：

差模干擾的產(chǎn)生：主要是開關(guān)電源中開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)管開通時流過電源線的電流線性上升，開關(guān)管關(guān)斷時電流又突變?yōu)镺;因此流過電源線的電流為高頻的重復(fù)三角波脈動電流，其含有豐富的高頻諧波分量。隨著頻率的升高該諧波分量的幅度會越來越小，因此差模騷擾是隨頻率的升高而降低的！

注意：隨著頻率的升高我們開關(guān)器件對地之間分布電容變得很關(guān)鍵！此時共模的干擾就變得越來越高，小的共模電流就會產(chǎn)生大的干擾！

這部分我可以通過EMI測試系統(tǒng)的CM/DM分離器就可以得到數(shù)據(jù)。

下圖直觀的顯示共模和差模騷擾的回路路徑：

如上圖：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，其特點是兩條線上的雜訊電壓是同電位反向的。注意：通常線路上干擾電壓的這兩種分量是同時存在的。

如下結(jié)構(gòu)圖可以想象如果沒有特定的低通濾波器件我們是無法通過測試標(biāo)準(zhǔn)的！

雜散參數(shù)影響耦合通道的特性

進(jìn)行上圖的分析：在EMI傳導(dǎo)騷擾頻段<30MHz，多數(shù)開關(guān)電源騷擾的耦合通道我一般用電路網(wǎng)絡(luò)路徑圖來分析的。但是，在開關(guān)電源中的任何一個實際元器件，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。

注意：在高頻時，雜散參數(shù)對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。還有，在開關(guān)管功率較大時，開關(guān)管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不能忽略，它能形成面向空間的輻射騷擾源和電源線傳導(dǎo)的共模騷擾源。

針對對上面的問題：我們的第一想法是要插入濾波器設(shè)計；所以開關(guān)電源傳導(dǎo)的高效設(shè)計實際是我們插入濾波器的設(shè)計！

注意設(shè)計關(guān)鍵思路：在輸入端加濾波器，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(如容量大的并聯(lián)電容)。由于線路阻抗的不平衡性，兩種分量在傳輸中會互相轉(zhuǎn)變，情況也變得復(fù)雜。

于是我在2015年正好空閑的一小段時間，進(jìn)行電磁兼容濾波器的研究就開始做了各種各樣的濾波電路在EMI實驗室進(jìn)行測試分析。如下圖：

我先采用測試工裝法：使用接線柱，我的設(shè)計方法不但可以使用整改好的標(biāo)準(zhǔn)整改模塊，而且可以很方便地直接在接線柱上接上元件進(jìn)行設(shè)計替換。

對于<75W開關(guān)電源EMI濾波器的測試研究如下:

輸入濾波器的電路設(shè)計原理圖

測試輸入濾波電路能達(dá)到10dB設(shè)計裕量（采用電阻負(fù)載測試）

我們通用的工業(yè)及住宅類產(chǎn)品的EMI標(biāo)準(zhǔn)如下：

傳導(dǎo)騷擾的測試頻率范圍為0.15～30MHz，限值要求如下表：

在0.15～1MHz的頻率范圍內(nèi)，騷擾主要以差模的形式存在，

在1～10MHz的頻率范圍內(nèi)，騷擾的形式是差模和共模共存，

在10MHz以上，騷擾的形式主要以共膜為主。

進(jìn)行機(jī)理分析：

差模騷擾的產(chǎn)生主要是由于開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)管開通時，流過電源線的電流會逐漸上升，開關(guān)管關(guān)斷時電流突變?yōu)榱悖虼耍鬟^電源線的電流為高頻的三角脈動電流，含有豐富的高頻諧波分量，隨著頻率的升高，該諧波分量的幅度越來越小，因此差模騷擾隨頻率的升高而降低，共模則相反隨著頻率的升高器件體之間的分布電容變得越來越關(guān)鍵；小的共模電流都能產(chǎn)生大的電磁干擾。

濾波器的設(shè)計：通過上面的分析,了解產(chǎn)品的干擾特性和輸入阻抗特性后，設(shè)計或者選擇一個濾波器就變得簡單了。如果使用一個現(xiàn)成的濾波器，可以調(diào)用過去積累的濾波器數(shù)據(jù)庫，比對濾波器參數(shù)，找到一個合適的濾波器。如果沒有合適的或者想專門設(shè)計一個專用濾波器，可以借助專用的濾波器設(shè)計軟件。

我自己設(shè)計的公式計算軟件的機(jī)理：

1.一般開關(guān)電源的噪聲成分約為1~10MHZ間所以EMI濾波器要在1-10MHZ的插入損耗要盡量好。

2.濾波器的CM/DM濾波器諧振頻率在10KHZ-50KHZ為好:注意小于開關(guān)頻率；

3.理論上電感量越高對EMI抑制效果越好，但過高的電感將使截止頻率更低，而實際的濾波器只能做到一定寬帶，也就使高頻噪聲的抑制效果變差

舉例說明：我將一只20mH的電感進(jìn)行頻率-電感& 頻率-阻抗 分析；

頻率-電感曲線FREQUENCY—INDUCTANCE CURVE:

頻率---阻抗曲線FREQUENCY—IMPEDANCE CURVE:

注意：

電感量愈高,則繞線匝數(shù)愈多,鐵氧體磁芯ui越高,如此將造成低頻阻抗增加（直流阻抗變大）。匝數(shù)增加使分布電容也隨之增大，使高頻電流全部經(jīng)此電容流通。過高的ui使CORE極易飽和，根據(jù)我多年的設(shè)計經(jīng)驗對于鐵氧體材料ui=10K是比較理想的。

將輸入濾波器進(jìn)行等效如下：

進(jìn)行EMI的共模和差模等效如下：

計算諧振頻率（濾波器的截止頻率）：

對于<75W開關(guān)電源EMI輸入濾波器計算結(jié)果如下：

通過測試的濾波器的EMI數(shù)據(jù)與理論的EXCEL的原理計算參數(shù)數(shù)據(jù)是吻合的。因此就可以類推各種不同應(yīng)用條件下的EMI濾波器的設(shè)計！

如果系統(tǒng)是Ⅱ類器具/結(jié)構(gòu)- 無接地措施！

濾波器如何設(shè)計？參數(shù)如何選擇？

設(shè)計方法相同。這里不重復(fù)說明！直接推薦如下濾波器結(jié)構(gòu)：

理論上電感量越高（但該電感的分布電容也越大）對EMI抑制效果越好，但過高的電感將使截止頻率更低，而實際的濾波器只能做到一定寬帶，也就使高頻噪聲的抑制效果變差（一般開關(guān)電源的噪聲成分約為1~10MHZ間，但也有超過10MHZ之情形）。

注意：

電感量愈高，則繞線匝數(shù)愈多,鐵氧體磁芯ui越高，如此將造成低頻阻抗增加（DCR變大）。匝數(shù)增加使分布電容也隨之增大，使高頻電流全部經(jīng)此電容流通。過高的ui使鐵芯極易飽和，根據(jù)我多年的設(shè)計經(jīng)驗對于鐵氧體材料ui=10K是比較理想的。

根據(jù)我做多年白電產(chǎn)品的設(shè)計經(jīng)驗以下的共模電感直接拿來使用，基本上能通過所有的電子產(chǎn)品EMI-傳導(dǎo)干擾的應(yīng)用。

共模濾波器－性能最佳（<50W）采用分區(qū)/槽繞（Sectional Winding）

FT20.6參數(shù)規(guī)格

采用分區(qū)/槽繞 共模電感的漏感還可以做為差模電感使用如下圖：

其頻率阻抗曲線如下圖：

如果功率超過50W推薦臥式結(jié)構(gòu)的ET28

我再進(jìn)行一下開關(guān)電源-傳導(dǎo)干擾高效設(shè)計的要點總結(jié)：

設(shè)計要點：

共模電感和Y電容的使用要沿著干擾信號的流向構(gòu)成一個LC低通濾波器的拓?fù)洹Ｍ恚钅ｋ姼泻蚗電容也如此。如下圖示：

濾波器的正確工作方向

對于白電產(chǎn)品應(yīng)用<75W的開關(guān)電源系統(tǒng)；如果還有需要更大的傳導(dǎo)設(shè)計裕量，我推薦采用2級共模濾波器的設(shè)計；整個傳導(dǎo)干擾的設(shè)計<40dB,推薦的標(biāo)準(zhǔn)的電路結(jié)構(gòu)如下；

應(yīng)用時注意：不同產(chǎn)品的應(yīng)用漏電流要求是不同的；在漏電流的高要求場合Y電容的大小需要進(jìn)行調(diào)整；調(diào)整Y電容后根據(jù)前面的LC諧振頻率再來設(shè)計共模電感！設(shè)計應(yīng)用永遠(yuǎn)是靈活的；具體設(shè)計細(xì)節(jié)可咨詢本作者Adu-EMC！