獨家爆料:開關電源EMI濾波器的方案設計
發布時間:2014-11-29 責任編輯:echolady
【導讀】隨著現代科技的發展,開關電源的設計被廣泛的應用開來,也因此電磁泄漏和電磁輻射問題越來越嚴重。EMI濾波器在開關電源中作為關鍵的輔助器件,能夠抑製開關電源中的傳導幹擾問題。
EMI濾(lv)波(bo)器(qi)又(you)稱(cheng)作(zuo)電(dian)源(yuan)線(xian)濾(lv)波(bo)器(qi),安(an)裝(zhuang)在(zai)電(dian)源(yuan)線(xian)與(yu)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian),既(ji)能(neng)有(you)效(xiao)阻(zu)止(zhi)外(wai)界(jie)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)經(jing)電(dian)源(yuan)線(xian)進(jin)入(ru)設(she)備(bei),又(you)能(neng)阻(zu)擋(dang)設(she)備(bei)自(zi)身(shen)工(gong)作(zuo)中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)騷(sao)擾(rao)經(jing)電(dian)源(yuan)線(xian)進(jin)入(ru)電(dian)網(wang),所(suo)以(yi)EMI濾波器是電源抗幹擾和幹擾抑製設計中非常重要的器件。
電dian磁ci兼jian容rong性xing問wen題ti是shi衡heng量liang電dian子zi產chan品pin質zhi量liang的de一yi個ge重zhong要yao指zhi標biao,日ri益yi成cheng為wei電dian子zi產chan品pin設she計ji中zhong的de關guan鍵jian項xiang目mu。在zai電dian源yuan係xi統tong設she計ji過guo程cheng中zhong,引yin入ru電dian磁ci兼jian容rong性xing設she計ji,可ke以yi提ti高gao電dian源yuan係xi統tong的de整zheng體ti抗kang幹gan擾rao能neng力li,延yan長chang係xi統tong的de使shi用yong壽shou命ming,確que保bao使shi用yong的de安an全quan性xing。
EMC電源線傳導發射即CE102是用來測量EUT輸入電源線上的傳導發射的,而通過CE102 10 kHz~10 MHz電源線傳導發射試驗是當前幾乎所有軍用供電設備需滿足的設計要求,EMI濾波器設計不當,將直接導致電源線傳導發射超標,設計失敗。
1 EMI 濾波器設計
傳導型的EMI zaoshengbaokuogongmozaoshenghechamozaoshengliangzhong。gongmozaoshengcunzaiyusuoyoudejiaoliuxiangxianhegongmodizhijian,qichanshenglaiyuanbeirenweishidianqihuiluzhijianjueyuandianliuyijidianciouhedeng。chamozaoshengcunzaiyujiaoliuxiangxianzhijian,chanshenglaiyuanshimaidongdianliu,kaiguanqijiandezhenlingdianliuyijierjiguandefanxianghuifudianliu。suoyizaijinxingEMI濾波器設計時,以濾除共模噪聲和差模噪聲為目標開展設計。
本文設計了一個LC 濾波器作為EMI濾波器,其原理框圖如圖1虛線框中所示,圖中負載為一高速開關電路。電路中L1和L2為共模電感,CX1,CX2,CX3,CY1,和CY1為濾波電容,L1,和L2,被設計用來抑製共模幹擾,但由於實際電感在生產時的不對稱,其對差模幹擾也有一定的抑製作用,CX1,CX2和CX3並聯在電源正負線兩端,主要用來抑製差模幹擾,而CY1 和CY2 分別從負、正電源線引出到共模地,主要用來抑製共模幹擾。

圖1:EMI濾波器原理框圖
共模電感值的選取與負載情況有關,即電感值與其通過的額定電流有關,關係如表1所示。
[page]
2 EMC試驗情況
依據GJB152A CE102 試驗方法,測試鏈路圖如圖2所示。

圖2:CE102測量配置圖
圖中EUT 為被測設備,在以下兩種條件下開展CE102測試:測試條件一:不加EMI濾波器,開關電路負載情況下的測試;
測試條件二:添加所設計EMI濾波器,開關電路負載情況下的測試。
測試條件一和測試條件二的正線傳導騷擾測試結果圖如圖3、圖4所示。

圖3:測試條件一CE102正線傳導騷擾圖


圖4:測試條件二正線傳導騷擾圖
youceshitukejian,tianjiasuoshejilvboqihou,chaobiaopindianchuandaosaoraosuirandedaoyizhi,danyijiuchaobiao,wufatongguoshiyan。tongguosaomiaohuixianchuandaosaoraofaxian,huixianchuandaosaoraoyuzhengxianzaixiangtongpindianchuchaobiao,qiefuzhixiangchabuda,congerkepanduanganraoweigongmoganrao,shuominggailvboqizaishejiyingyonghou,gongmoganraomeiyoudedaoyouxiaolvchu。[page]
3 設計整改
在該EMI 濾波器設計時,CY1 和CY2 分別從負、正電源線引出到共模地,即將共模幹擾信號引導入共模地來消除共模幹擾,可見共模地的設計很關鍵,而共模地的設計主要體現在PCB設計上。在PCB設計時,Y電容共模地覆銅麵積僅在表層鋪設且麵積不大,如圖5 所示(虛線框為實際共模地覆銅麵積),這極有可能是造成EMI濾波器沒有完全濾除開關電源的共模噪聲的原因所在。
對PCB進行更改,增大共模地鋪銅麵積,在多層敷設共模地網絡(該板為6層板),並且將共模地的鋪銅麵積覆蓋DC-DC 模塊下麵,設計如圖6 所示重新製板生產。
按照上文所述辦法重新進行CE102試驗,測試結果圖(正線)如圖7所示,回線情況與正線情況類似。

圖5:EMI濾波器共模地布局情況


圖6:整改後的EMI濾波器共模地布局情況


圖7:整改後的正線傳導騷擾圖
可見,經重新PCB布局後,濾波器成功將共模噪聲抑製並滿足測試要求,說明在PCB設計時共模地設計對EMI濾波器的設計成功至關重要。EMI濾波器可有效濾除開關電源的共模噪聲和差模噪聲,在開關電源的設計中,越來越受關注。一個原理正確的EMI濾波器設計,在實際工程應用中,會由於PCB設計不當,造成濾波器失效。本文通過CE102實驗驗證,證明了共模地的PCB設計在EMI濾波器設計中至關重要,同時證明了本文設計的EMI濾波器的有效性。
相關閱讀:
悉數處理手機係統ESD和EMI幹擾的經典方法
陶老師親授:學習EMI/EMC設計從何入手?
車載以太網麵向汽車設計並實現EMI與EMC的挑戰
特別推薦
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 邊緣AI的發展為更智能、更可持續的技術鋪平道路
- 每台智能體PC,都是AI時代的新入口
- IAR作為Qt Group獨立BU攜兩項重磅汽車電子應用開發方案首秀北京車展
- 構建具有網絡彈性的嵌入式係統:來自行業領袖的洞見
- 數字化的線性穩壓器
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索





