小功率反激電源EMI抑制方法

　　圖1是開關電源常用的一級EMI 濾波器的電路。圖中的L1為共模扼流圈，Cx、CY1、CY2為安規電容，對于小型開關電源來講，由于體積的限制，很多時候會將CY1、CY2會省略掉的，甚至連L1也會省去。圖中 共模扼流圈L1的兩個線圈匝數相等，方向相同，這兩個電感對于差模電流和主電流所產生的磁通是方向相反、互相抵消的，因而不起作用;而對于共模干擾信號，兩線圈產生的磁通方向相同，有相互加強的作用，每一線圈電感值為單獨存在時的兩倍，從而得到一個高阻抗，起到良好的抑制作用。共模電感兩邊感量不相等形成的差模電感L2一起與Cx電容組成一個低通濾波器，用來抑制電源線上存在的差模干擾信號。CY1與CY2的存在是給共模噪聲提供旁路，同時與共模電感一起，組成LC低通濾波器。共模噪聲的衰減在低頻時主要由電感起作用，而在高頻時大部分由電容CY1及CY2起作用。同時，在安裝與布線時應當注意:濾波器應盡量靠近設備入口處安裝, 并且濾波器的輸入和輸出線必須分開，防止輸入端與輸出端線路相互耦合，降低濾波特性。濾波器中電容器導線應盡量短，以防止感抗與容抗在某頻率上形成諧振。

　　圖1 一級EMI 濾波器電路。

　　濾波器的抑制作用是用插入損耗來度量的。插入損耗A用分貝(dB)表示，分貝值愈大， 說明抑制噪聲干擾的能力愈強,如式(1)所示：

　　工程設計時通過測量計算出需要設定的插入損耗值，得出轉折頻率點，然后根據轉折頻率設計電感電容參數，如式(2)：

　　不過注意，不是所有的濾波器都能使電磁干擾減小，有的還會更嚴重。因為濾波器會產生諧振,從而產生插入增益。插入增益不僅不會使干擾減小,而且還使干擾增強。這通常發生在濾波器的源阻抗和負載阻抗相差很大時，插入增益的頻率在濾波器的截止頻率附近。解決插入增益的方法：一個是將諧振頻率移動到沒有干擾的頻率上，另一個使增加濾波器的電阻性損耗(降低Q值)。比如在差模電感上并聯電阻,或在差模電容上串聯電阻。

　　2.2 輸入與輸出濾波網絡設計的優化

　　輸入與輸出濾波網絡主要實現兩個功能，第一是能量存儲與轉換，第二是減小高頻諧波與共模干擾。 實際電路等效為電容、等效電感、等效電阻的串聯。在高頻情況下，大電容的等效寄生參數起主要作用，無法給高頻傳導噪聲提供有效衰減。這時候可以選擇 型濾波，將一個大電容和一個小電容并聯起來使用，大電容抑制低頻干擾、小電容抑制高頻干擾。不過，將大容量電容和小容量電容并聯起來的方法，會在某個頻率上出現旁路效果很差的現象。這是因為在大電容的諧振頻率和小電容的諧振頻率之間，大電容呈現電感特性(阻抗隨頻率升高增加)，小電容呈現電容特性,實際是一個LC并聯網絡，這個LC并聯網絡在會在某個頻率上發生并聯諧振，導致其阻抗最大，這時電容并聯網絡實際已經失去旁路作用。如果剛好在這個頻率上有較強的干擾，就會出現干擾問題。

　　2.3 緩沖電路的應用

　　開關電源的干擾按噪聲源種類分為尖峰干擾和諧波干擾兩種。輸入電流中的高次諧波在電路中采用共模扼流圈來抑制，而對于尖峰干擾，除了在源頭上減小漏感，選擇快恢復二極管來減小尖峰外，最常見的就是開關管加RCD箝位電路與輸出二極管加RC吸收電路。RCD箝位電路用于抑止由于變壓器初級漏感在開關管關斷過程中產生的電壓尖峰。RC吸收電路用于抑制二極管關斷時變壓器次級漏感與二極管反向恢復引起的電壓尖峰。不過這些緩沖電路是通過消耗功率來達到抑制目的，因此需要根據實際需求選擇使用。

　　2.4盡量縮小高頻環路面積

　　一般小功率反激電源有四部分需要注意環路面積：

　　A：初級開關環路(MOS管，變壓器，輸入電容)

　　B：次級開關環路(變壓器，輸出二極管，輸出電容)

　　C：RCD環路(R，C，D，MOS管，變壓器)

　　D：輔助電源環路(變壓器，二極管，電容)

　　因為差模電流流過導線環路時，將引起差模輻射如式(3)表示[2]：

　　同時，由于接地電路中存在電壓降，某些部位具有高電位的共模電壓，當外接電纜與這些部位連接時，就會在共模電壓激勵下產生共模電流，從而產生共模輻射干擾如式(4)表示[2]：

　　所以，在高頻環路上，在滿足可靠性的情況下，高頻電流回路越小越好，以減小引起差模輻射的環路面積。并且環路的導線應當盡量地短，以減小引起共模輻射的環路導線長度。

　　2.5優化地線設計

　　由于地線存在阻抗，地線電流流過地線時,就會在地線上產生電壓。細而長的導線呈現高電感,如式(5)[2]，其阻抗隨頻率的增加而增加：

　　在設計小功率電源電路時,往往運用單點接地與浮地，將地線作為所有電路的公共地線,因此地線上的電流成份很多,電壓也很雜亂，這時候就需要注意相對減小高頻回路地線的長度，以減小共模噪聲。