小功率反激电源传导与辐射抑制

 开关电源的出现给电力电子行业带来的全新的变革，促进了产品的小型化，集成化，能源利用高效化，不过也带来了相对于传统电源致命的弱势—电磁干扰。小功率反激电源作为市场上最为成熟的电源之一，在电力电子行业占据相当大的比重。目前介绍开关电源电磁兼容的文章很多，不过考虑到市场化，小功率反激电源只用一级EMI滤波，无散热片，还有很重要的一点，要考虑可生产性。这与单纯的电磁兼容研究有很大区别，本文将从工程和生产的角度出发来阐述小功率反激电源EMI抑制方法。

1 主要测试标准

目前世界各个国家和组织都对电子产品的EMI限值做出相应的规定，比较典型的标准有：美国联邦通信委员会的FCC第15部分；国际电工技术委员会中TC77的IEC61000部分；国际无线电干扰特别委员会CISPR的CISPR22（信息技术设备）；欧盟的EN55022（信息技术设备）；中国的 GB9254-1998（信息技术设备）是从CISPR的CISPR22转换而来的。标准中对A类设备和B类设备分别作了相应的要求，如下表 [1]：

表1 A类传导限值。

表2 B类传导限值。

注：A类设备：用于贸易，工业，商业环境的设备；B类设备：用于居住环境的设备。

2 抑制措施

电磁干扰(Electro Magnetic Interference)，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合到另一个电网络。差模干扰和共模干扰是主要的传导干扰形态，而功率变换器的传导干扰以共模干扰为主。差模噪声主要由大的di/dt与杂散电容引起；共模噪声则主要由较高的dv/dt与杂散电感相互作用而产生的高频振荡引起。

形成电磁干扰的条件有三：A：向外发送电磁干扰的源—噪声源 B：传递电磁干扰的途径—噪声耦合和辐射 C：承受电磁干扰（对噪声敏感）的客体—受扰设备

2.1 EMI滤波器的选择选用

图1是开关电源常用的一级EMI 滤波器的电路。图中的L1为共模扼流圈，Cx、CY1、CY2为安规电容，对于小型开关电源来讲，由于体积的限制，很多时候会将CY1、CY2会省略掉的，甚至连L1也会省去。图中 共模扼流圈L1的两个线圈匝数相等，方向相同，这两个电感对于差模电流和主电流所产生的磁通是方向相反、互相抵消的，因而不起作用；而对于共模干扰信号，两线圈产生的磁通方向相同，有相互加强的作用，每一线圈电感值为单独存在时的两倍，从而得到一个高阻抗，起到良好的抑制作用。共模电感两边感量不相等形成的差模电感L2一起与Cx电容组成一个低通滤波器，用来抑制电源线上存在的差模干扰信号。CY1与CY2的存在是给共模噪声提供旁路，同时与共模电感一起，组成LC低通滤波器。共模噪声的衰减在低频时主要由电感起作用，而在高频时大部分由电容CY1及CY2起作用。同时，在安装与布线时应当注意:滤波器应尽量靠近设备入口处安装, 并且滤波器的输入和输出线必须分开，防止输入端与输出端线路相互耦合，降低滤波特性。滤波器中电容器导线应尽量短，以防止感抗与容抗在某频率上形成谐振。

图1 一级EMI 滤波器电路。

滤波器的抑制作用是用插入损耗来度量的。插入损耗A用分贝（dB）表示，分贝值愈大， 说明抑制噪声干扰的能力愈强,如式（1）所示：
工程设计时通过测量计算出需要设定的插入损耗值，得出转折频率点，然后根据转折频率设计电感电容参数，如式（2）：

不过注意，不是所有的滤波器都能使电磁干扰减小，有的还会更严重。因为滤波器会产生谐振,从而产生插入增益。插入增益不仅不会使干扰减小,而且还使干扰增强。这通常发生在滤波器的源阻抗和负载阻抗相差很大时，插入增益的频率在滤波器的截止频率附近。解决插入增益的方法：一个是将谐振频率移动到没有干扰的频率上，另一个使增加滤波器的电阻性损耗(降低Q值)。比如在差模电感上并联电阻,或在差模电容上串联电阻。

2.2 输入与输出滤波网络设计的优化

输入与输出滤波网络主要实现两个功能，第一是能量存储与转换，第二是减小高频谐波与共模干扰。 实际电路等效为电容、等效电感、等效电阻的串联。在高频情况下，大电容的等效寄生参数起主要作用，无法给高频传导噪声提供有效衰减。这时候可以选择 型滤波，将一个大电容和一个小电容并联起来使用，大电容抑制低频干扰、小电容抑制高频干扰。不过，将大容量电容和小容量电容并联起来的方法，会在某个频率上出现旁路效果很差的现象。这是因为在大电容的谐振频率和小电容的谐振频率之间，大电容呈现电感特性(阻抗随频率升高增加)，小电容呈现电容特性,实际是一