整机EMC设计系列之-滤波技术

整机EMC设计系列之—滤波技术根据设备和分系统的EMC标准GJB151A-97中的规定，电子电气设备需要满足下列表格中所列项目的指标要求：测试类别测试项目适用产品传导测试CE101 电源线传导发射CE102 电源线传导发射CS101 电源线传导敏感度CS114 电缆束注入传导敏感度CS116 电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度辐射测试RE101 磁场辐射发射RE102 电场辐射发射RS101 磁场辐射敏感度RS103 电场辐射敏感度从上述表格可以看出，传导测试是对线缆的电磁发射与敏感度测量，辐射测试是对整机与互联线缆的电磁发射与敏感度测量，尤其是所有测试项目中均含有对电源线的测试。因此如何做好电源线的电磁兼容设计极为重要，相当于完成了一半认证测试项目。近年来，开关电源以其效率高、体积小、宽稳压的优势，迅速应用于电力、电子通信设备。然开关器件工作在高频通断状态，快速瞬变转换过程使得电源线上电磁干扰问题非常突出，已成为电源设计师与EMC设计师关注的焦点。经过不断的测试与验证，电源滤波器被公认为最有效手段，兼顾屏蔽技术与接地技术，基本解决了此技术难题。电源的滤波措施分为板级滤波和模块滤波，无论那种封装形式，基本的电路思想皆为共模干扰与差模干扰的滤除。典型的电源滤波电路如下：Cx：差模电容，主要滤波两线之间的高频差模干扰；L：共模扼流圈，主要滤除波两线对大地的低频共模干扰；Cy：共模电容，主要滤除两线对大地的高频共模干扰，需考虑到漏电流小于1mA；一般的电源板中会默认采用此典型电路进行输入与输出的滤波，若是电磁干扰更为严重或测试指标要求严格时，设计电源输入级时在典型电路基础上再串联一个共模扼流圈或采用如下电路：Cx：差模电容，主要滤波两线之间的高频差模干扰；L1：共模扼流圈，主要滤除波两线对大地的低频共模干扰；Cy：共模电容，主要滤除两线对大地的高频共模干扰，需考虑到漏电流小于1mA；L2：差模电感，主要滤波两线之间的低频差模干扰，有时也会选用一个，铁粉芯磁环；共模扼流圈：通常在漏磁小的环形铁氧体磁芯上由绕向相反、匝数相同的两个绕组构成。两根线上同方向的共模噪声电流流经两个绕组时，产生的磁场同相叠加，对干扰电流呈现出较大的感抗，由此起到了抑制共模干扰的作用。实际使用中共模电感两个电感绕组由于绕制工艺的问题会存在电感差值，正好被利用作差模电感，并与电容Cx构成了一个型滤波器，更好的衰减差模干扰。共模电容：Cy起到的作用是对L的高频补充，由于分布电容的存在，高频的共模干扰对L形成了短路，使L失效，因此Cy在一定程度上使滤波电路的高频共模部分得以保持一定的插入损耗。在设计时必须考虑所用电感器和电容器的安全性能，对于电感线圈，其磁芯、绕线的材料、绝缘材料和绝缘距离、线圈温升等都应予以重视。对于电容，其电容种类、耐压、安全等级、容量、漏电等都应优先考虑。经工程实践应用与EMC实验测试，推荐以下选型：直流电源滤波：X电容采用聚酯薄膜电容，1uF～4.7uF，典型值2.2uF；Y电容采用聚丙烯电容，0.1uF～1uF；L共模扼流圈采用铁氧体磁环，1mH～10mH；交流电源滤波：X电容采用金属化膜安规X电容，0.1uF～0.47uF，典型值0.22uF；Y电容采用陶瓷安规Y电容，1nF～10nF；L1共模扼流圈采用铁氧体磁环，5mH～20mH；L2差模电感采用铁粉芯磁环，0.1uH～0.2uF；基于器件的选型与电路形式的多样化，设计师往往感到盲目无措。EMC专业室通过大量的测试与器件资料的熟悉，已设计多种电源滤波器及电源滤波板。后期可通过整机的电源线传导测试，选择最优的滤波形式及器件参数。结合我司产品特性及测试试验，设备或系统的电磁兼容设计应该做到以下几点：机箱中的电源单元需要进行电磁兼容设计，必须屏蔽处理，必须接地良好；机箱的电源入口处预留电源滤波器空间，通过测试判断是否需要附加电源滤波器；电源滤波器必须安装在电源入口处，使未经过滤波器的