作者簡(jiǎn)介:杜佐兵
電磁兼容（EMC）線上&線下高級(jí)講師
杜佐兵老師在電子行業(yè)從業(yè)近20年，是國(guó)家電工委員會(huì)高級(jí)注冊(cè)EMC工程師，武漢大學(xué)光電工程學(xué)院、光電子半導(dǎo)體激光技術(shù)專家。目前專注于電子產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)、開(kāi)關(guān)電源及LED背光驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。
任何的EMC及電子電路的可靠性設(shè)計(jì)疑難雜癥；先分析再設(shè)計(jì)才是高性價(jià)比的設(shè)計(jì)！
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1.去耦電容的安裝方式與PCB設(shè)計(jì)
安裝去耦電容時(shí)，一般都知道使電容的引線盡可能短。但是，實(shí)踐中往往受到安裝條件的限制，電容的引線不可能取得很短。況且，電容自身的寄生電感只是影響自諧振頻率的因素之一，自諧振頻率還與過(guò)孔焊盤的寄生電感、相關(guān)印制導(dǎo)線的寄生電感等因素有關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中，如果僅僅追求引線短，不僅困難，而且可能達(dá)不到目的。當(dāng)去耦電容在PCB上的位置不可能實(shí)現(xiàn)使用很短的印制引線時(shí)，就必須加粗印制線。
實(shí)踐證明，一根長(zhǎng)寬比小于3的印制導(dǎo)線具有非常低的阻抗，能滿足去耦電容引線的要求。當(dāng)然，還應(yīng)該盡量減少過(guò)孔的數(shù)量，設(shè)計(jì)過(guò)孔時(shí)應(yīng)盡量減小過(guò)孔的寄生電感問(wèn)題。
2.電容旁路的設(shè)計(jì)方法
旁路在EMC領(lǐng)域可以理解為把不必要的共模RF能量從元件、電路或電纜中泄放掉。它的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生一個(gè)交流支路來(lái)把不希望的能量從易受影響的區(qū)域泄放掉，另外它還提供濾波器功能，通常會(huì)受到器件的帶寬的限制。因此，在某種意義上也可稱之為濾波。
旁路通常發(fā)生在電源與地之間、信號(hào)與地之間或不同的地之間。它與去耦的實(shí)質(zhì)有所不同，對(duì)于電容的使用方法是一樣的。在電磁兼容中，旁路還可以說(shuō)的通俗一點(diǎn)，它的作用通常是為了改變共模電流的路徑或給共模電壓提供一個(gè)額外的電流路徑而存在的。
通常在進(jìn)行電磁兼容的測(cè)試與整改時(shí)，在模擬電路的地與產(chǎn)品的接地之間接旁路電容，電容值為10nF。如果在進(jìn)行產(chǎn)品電纜的EFT/B測(cè)試時(shí)，它就會(huì)改變注入干擾電流在產(chǎn)品內(nèi)部流動(dòng)的主要路徑，使大部分的干擾電流從旁路電容流向大地，使流經(jīng)敏感電路的共模電流大大減小，從而保護(hù)了敏感電路，可以使EFT/B的干擾度水平大大提高。
注意：旁路電容的接地阻抗很重要，一定要保證很小的阻抗，如果是用PCB布線的話，長(zhǎng)寬比小于3的PCB敷銅走線具有很小的阻抗，在100MHz頻率下小于4mΩ。
還有在進(jìn)行電磁兼容的測(cè)試與整改時(shí)典型的輻射案例中，寄生在模擬電路和數(shù)字電路之間的共模電壓是形成共模輻射的主要原因。在模擬電路的地與數(shù)字電路的地之間，或者在開(kāi)關(guān)電源電路中隔離變壓器的初次級(jí)之間的地之間跨接一個(gè)遠(yuǎn)比寄生電容大的旁路電容，就好比給共模輻射的共模電壓源提供了一個(gè)額外的電流分流路徑，使流入連接線電纜（連接線電纜是典型的發(fā)射天線）的共模電流減小。在電磁兼容設(shè)計(jì)中，由此可以得出結(jié)論，旁路電容的主要作用有兩個(gè)：
1）引導(dǎo)共模電流流向安全區(qū)域。包括引導(dǎo)注入電纜中的共模干擾電流流向參考接地板或大地、產(chǎn)品中的金屬外殼、金屬板等可以讓共模干擾電流，流到安全的區(qū)域。使產(chǎn)品中的內(nèi)部敏感器件和電路受到保護(hù)，還包括引導(dǎo)產(chǎn)品內(nèi)部噪聲電路產(chǎn)生的共模電流限制在較安全的區(qū)域，使EMI共模電流不流向電纜和接口。這個(gè)安全區(qū)域就是指不會(huì)產(chǎn)生EMC問(wèn)題的區(qū)域。
2）提供一個(gè)高頻的通道，既可以在直流或低頻的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)旁路電容兩端的電路隔離，還可以在高頻的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)互連，即提供高頻通路。
3. X電容和Y電容
根據(jù)電子設(shè)備使用安全電容器系列的標(biāo)準(zhǔn)IEC 60384-14，電容分為X電容和Y電容。在電源電路中，交流電源輸入一般分為3個(gè)端子：火線（L）;零線（N）；地線（PE）。跨接在L-N之間的差模電容就是X電容；在電源部分跨接在L-PE和N-PE之間的共模電容就是Y電容。由于X電容具有2個(gè)輸入端，2個(gè)輸出端很像X，因此命名為X電容。Y電容具有一個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端以及一個(gè)公共的大地，很像一個(gè)Y，因此命名為Y電容。
X電容主要用于交流電源線的L和N之間，使用X電容后，當(dāng)電容失效時(shí)，電容處于開(kāi)路狀態(tài)，不能產(chǎn)生線間短路。X電容的測(cè)試條件是：在交流電壓有效值的1.5倍電壓下工作100小時(shí)，至少再加上1KV的脈沖高壓測(cè)試。
Y電容主要用于交流電源線的L、N與地線之間，或者其它電路的公共地與外殼地之間?？缃佑谶@些位置的電容一旦出現(xiàn)失效短路，就會(huì)導(dǎo)致電擊危險(xiǎn)尤其是對(duì)機(jī)殼的連接。這時(shí)必須強(qiáng)制使Y電容的失效模式是開(kāi)路。Y電容的測(cè)試條件是：在交流電壓的有效值的1.7倍電壓下工作100小時(shí)，至少再加上2KV的脈沖高壓測(cè)試。
注意：Y電容的連接如果是對(duì)大地的連接就必須要滿足漏電流的限值標(biāo)準(zhǔn)。
X電容又分為X1、X2、X3類別，主要區(qū)別在于：
- 1X1電容耐高壓大于2.5KV，小于等于4KV。
- X2電容耐高壓小于等于2.5KV。
- X3電容耐高壓小于等于1.2KV。
Y電容又分為Y1、Y2、Y3、Y4類別，主要區(qū)別在于：
- Y1電容耐高壓大于8KV。
- Y2電容耐高壓大于5KV。
- Y3電容耐高壓沒(méi)有特別限制。
- Y4電容耐高壓大于2.5KV。
到這里電容的研究就結(jié)束了，接下來(lái)阿杜老師再研究分享電磁兼容設(shè)計(jì)中的電感器件。