高頻開關電源設計中的電磁兼容性問題研究

2.3 雜散參數影響耦合通道的特性

在傳導騷擾頻段（30MHz），多數開關電源騷擾的耦合通道是可以用電路網絡來描述的。但是，在開關電源中的任何一個實際元器件，如電阻器、電容器、電感器乃至開關管、二極管都包含有雜散參數，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和元器件間的耦合在內的開關電源的等效電路將復雜得多。在高頻時，雜散參數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。另外，在開關管功率較大時，集電極一般都需加上散熱片，散熱片與開關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和電源線傳導的共模騷擾。

3 電磁兼容設計

3.1 輸入端濾波器的設計

開關電源產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體與大地之間的電位差產生的，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體之間的電位差產生的，其特點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存在的。為此應在電源輸入端加濾波器，濾波器阻抗應與電源阻抗失配，失配越厲害，實現的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。也就是說，如果噪音源內阻是低阻抗的，則與之對接的EMI濾波器的輸入阻抗應該是高阻抗(如電感量很大的串聯電感)；如果噪音源內阻是高阻抗的，則EMI濾波器的輸入阻抗應該是低阻抗(如容量很大的并聯電容)。由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會互相轉變，情況十分復雜。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，當沒接濾波器時，信號源輸出電壓為V1，當濾波器接入后，在濾波器輸出端測得信號源的電壓為V2。若信號源輸出阻抗與接收機輸入阻抗相等，都是50Ω，則濾波器的插入損耗為

IL=20log（2）

設計時，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

在實際使用中，由于設備所產生的共模和差模的成分不一樣，所以，濾波電路可適當增加或減少濾波元件。具體電路的調整一般要經過EMI試驗后才能有滿意的結果，安裝濾波電路時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實驗曲線所示。

（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驗曲線