传导噪声分析技术在滤波器中的应用

　　传导发射是电磁兼容设计中的重要问题之一。为了满足标准中对传导发射限制的要求，通常使用EMI滤波器来抑制电子产品产生的传导噪声。快速选择或者设计一个满足需要的滤波器是解决问题的关键。传导噪声分析技术包括共模噪声、差模噪声分析，共模阻抗、差模阻抗分析，这是滤波器设计的基础。

　　共模噪声和差模噪声

　　传导噪声根据传输特性产生分成两类：差模噪声和共模噪声。差模噪声是当两条电源线的电流方向互为相反时发生的，而共模噪声是当所有电源线的电流方向相同时发生的，如图1所示。一般而言，共模是最大难题，这是由杂散电容的不当接地造成的。

　　图1 共模噪声和差模噪声

　　如果存在不等值的负载或线路阻抗，就会将共模电流转换成部分共模电流和部分差模电流。当电源系统给电路供电时，如果电路具有不等值的阻抗，而且电源的输出存在共模噪声时，共模噪声将差动方式作用于电路，电路可能会发生错误。所以，在产生共模电流时，就要首先降低共模噪声，其次是均衡阻抗。此外，由于共模和差模的特性，共模电流的频率会比差模的频率大。因此，共模电流会产生很大的射频辐射，而且会和邻近的组件和电路发生感性与容性的耦合。在实际电源电路里，差模噪声很像是一个电压源，共模噪声比较像一个电流源，这使得共模噪声更难被消除。共模噪声和所有的电流源一样，需要有一个流动路径存在。因为它的路径包含底盘，所以外壳可能会变成一个大型的高频天线。

　　共模噪声和差模噪声分析

　　在电磁兼容实验室，人们借助LISN和接收机完成传导发射的测试，测试结果将给出电源线上的总噪声特性。

　　图2是使用LISN测试电源噪声的示意图，由于LISN输出使用标准50Ω阻抗。因此两路LISN分别得到噪声电压：

　　图2 LISN测试示意图

　　VL=25xIcm+50xIdm

　　VN=25xIcm－50xIdm

　　使用标准LISN无法分离共模和差模噪声，但是借助某些特殊装置可以做到。如：LISN UP、CM/DM分离器、ESA2000和PREMIPRO都可以完成噪声分离任务。图3给出了CM/DM分离器原理图，它是一种以变压器为基础的装置，利用共模电压无法使变压器工作的原理。

　　图3 CM/DM分离器原理图

　　至此已经了解了产品的传导发射是否满足标准要求，并且分析出差模噪声和共模噪声的特性（见图4 (a)和图4 (b)）。后续的工作就是选择或者设计一个滤波器来解决传导发射问题。

　　图4 (a) 总噪声和差模噪声                       图4 (b) 总噪声和共模噪声

　　电源输入阻抗特性分析

　　滤波器的制造商给出的滤波器插损是在50Ω标准阻抗系统中的性能。众所周知电源的输入阻抗随着频率的变化具有不连续性，而随着阻抗的改变滤波器的插损特性也具有很大的变化，100?H电感和100nF电容器在理想情况下带来的衰减分别如图5(a)和图5(b)所示。

　　图5(a) 100?H电感（理想的）的衰减             图5(b) 100nF电容器（理想的）的衰减

　　为了充分发挥滤波器的性能，在选择或者设计滤波器之前，需要对电源端口的输入阻抗进行分析，这包括共模阻抗、差模阻抗，共模噪声相位角、差模噪声相位角。阻抗测试可以借助专用的阻抗测试仪或者传导分析仪。

　　电源滤波器

　　通常有四种技术来进行电源滤波，以便遏制干扰噪声。在实际使用中混合其中的两种，甚至更多。它们是：

　　正负极电源线之间添加电容，叫Ｘ电容。

　　每根电源线和地线之间添加电容，叫Ｙ电容。

　　共模遏制（两根电源线上的遏制线圈同向绕线）。

　　差模遏制（每根电源线有它自己的遏制线圈）。

　　使用滤波器测试模板可以分别说明各个元件的滤波作用。滤波器模型如图6所示。分析结果见图7、8、9、10所示。

　　图6 电源滤波器模型

　　图7 (a) 仅使用100?F差模电容前后的差模噪声   图7 (b) 仅使用100?F差模电容前后的共模噪声

　　图8 (a) 仅使用0.01?F共模电容前后的差模噪声  图8 (b) 仅使用0.01?F共模电容前后的共模噪声

　　图9 (a) 增加227μH差模电感前后的差模噪声     图9 (b) 增加227μH差模电感前后的差模噪声

　　图10 (a) 使用完整滤波前后的差模噪声           图10 (b) 使用完整滤波前后的共模噪声

　　解决方案

传导噪声分析中的共模噪声、差模噪声分析，共模阻抗、差模阻抗分析，以及噪声相位角的测试都是在为最终的解决方案做准备。电子产品满足传导发射的限制要求，最终是通过电源滤波器来实现的。但是如何根据上述分析