EMI噪声分析及EMI滤波器的设计

    这种差模干扰电流IDIFF经输入电源线流向公共供电端，特别是当输入滤波电容Ci滤波不足时，对输入电源线的干扰很大，它还会通过公共的供电端干扰系统的其它部分，从而使其它部分的性能指标降低。

1．3 次级差模干扰电流

    次级差模干扰电流示意图如图6所示。在开关电源的次级回路中，高频变压器副边绕组Ls和整流二极管V2负责将输入的能量传给负载。输出滤波电感L、输出滤波电容Co对高频部分进行滤波。整流二极管V2的作用是将次级绕组的脉冲波整流成直流。脉冲波为高电平时，整流二极管导通，此时将能量传给负载，脉冲波为低电平时截止，输出电流通过V3进行续流。当整流二极管V2由导通变为截止时，由于二极管的载流子移动会产生很大的反向恢复电流，这个反向恢复电流会沿着输出滤波电感和输出滤波电容传播到负载回路中。所以，沿着输出线传播的EMI噪声电流包含有两个部分，一部分是正常传送能量时所携带的开关基频与谐波的干扰电流，另一部分是二极管反向恢复电流所引起的干扰电流。这个沿着输出线正负端传播的噪声电流是差模干扰电流IDIFF。

    这种差模干扰电流会给负载电路带来非常不利的影响，特别是输出滤波电容滤波不足时，表现得特别厉害，它会影响负载电路中的模拟电路的灵敏度和数字电路的门限等，严重时，还会导致电路误触发，从而引起整个系统的工作不正常。

2 EMI噪声抑制及滤波

    电磁干扰的三要素是干扰源、干扰途径、干扰对象。要彻底解决电磁干扰问题，从本质上讲，就是应当减小干扰源，只有干扰源的幅值减小了，电磁干扰才会从根本上得到抑制。而要减小开关电源的EMI干扰幅值，就要使dV／dt、dI／dt减小，即降低开关速度。但这种方法会使开关电源的转换效率降低，所以，对于这种解决方法，要综合考虑各方面的因素之后才能采用。

2．1 高频变压器初级线圈的RC吸收

    单端正激开关电源的输入电压为28 V，当功率开关管、高频变换器工作时，功率开关管Ql漏极上的波形如图7所示，当功率开关管Q1由导通变为截止时，高频变压器进行谐振复位，此时它的谐振峰值为100 V。噪声尖峰瞬时可达108 V，这么高的峰值电压沿着电源输入线传导出去，会引起很强的传导干扰和辐射干扰。

    为了降低峰值电压，可在高频变压器初级线圈回路上并联一个RC吸收网络，图8所示是并联RC电路后功率开关管Ql的漏极波形，图中，其谐振峰值为60 V，噪声尖峰只有66 V。可见，并联RC吸收网络可以有效降低谐振峰值，从而大大减小对电源端的EMI干扰。

2．2 加装EMI滤波器

    加装EMI电源滤波器是抑制EMI噪声最好的方法之一。在电源输入端加装EMI电源滤波器可以获得双重效果，它既可以抑制开关电源产生的EMI干扰传向电源端，亦可抑制来自电源端的EMI噪声对开关电源造成的干扰。

    EMI电源滤波器的电路结构如图9所示，该电路由共模滤波电路和差模滤波电路组成。其中Ll和L2是绕在同一磁芯上的两只独立线圈，称为共模线圈，其所绕线的圈数相同，线圈绕向相反。这样。EMI滤波器接入电路后，两个线圈内差模电流产生的磁通在磁罐内将互相抵消，因而不会使磁罐达到磁饱和，因此，两只线圈的电感值能保持不变。其中，L1和CY1，L2和CY2分别构成L-E和N-E两个独立端口间的低通滤波器，可以抑制电源线上存在的共模EMI信号，以使这些共模EMI信号无法在电源线上进行传导。L3和CX则组成L-N独立端口间的低通滤波器，可用来抑制电源线上的差模EMI信号。这两方面结合起来，就可实现对电源线上共模EMI信号和差模EMI信号的抑制。

    共模电感Ll和L2一般在几mH至几十mH，共模电容Cy要在满足电路要求的条件下尽量取较大值，以便获得更好的滤波效果。差模电感一般在几十μH至几百μH，差模电容Cx要选择耐压足够高的陶瓷电容器。共模电感的磁性材料以高导磁率软磁材料效果较好，差模电感的磁性材料以具有高饱和磁通密度的金属铁粉芯效果较好，最好不要用开口铁氧体材料。

    加装EMI电源滤波器后，电源线上的噪声频谱如图10所示。和图2相比较，加装EMI滤波器对EMI噪声的抑制十分明显，在所有的频段内，噪声均得到了抑制，而且全部符合军标要求。

2．3 EMI电源滤波器的安装

    加装EMI电源滤波器一定要注意正确的安装方式，错误的安装方式不但起不到抑制噪声的作用，有时还会适得其反。根据EMI滤波器的特性以及开关电源的特点，在安装EMI滤波器时，主要需注意两个方面的问题。第一，EMI电源滤波器的外壳必须接地，而且必须和开关电源的外壳地连接在一起，这是因为EMI电源滤波器的共模滤波电容都连接在产品的外壳上，只有EMI电源滤波器的外壳与机壳相连，滤波器的共模滤波电路才会起作用，这样也才能将开关电源产生的共模干扰电流滤除干净，而且还要用较粗的导线将滤波器外壳与机壳相连，同时接地阻抗越低，滤波效果越好；第二，EMI电源滤波器必须安装在电源的入口端，且应将滤波器的输入输出端尽量远离，同时要避免输入输出线绕过滤波器而产生交叉干扰。