我們電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中開(kāi)關(guān)電源的小體積和高效率使得應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。

開(kāi)關(guān)電源會(huì)帶來(lái)噪聲的問(wèn)題。突出缺點(diǎn)是能產(chǎn)生較強(qiáng)的EMI。EMI信號(hào)既具有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射后會(huì)污染電磁環(huán)境，對(duì)通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾。

如上圖：開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲包含共模噪音和差模噪音。共模干擾是由于載流導(dǎo)體與大地之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的；而差模干擾則是由于載流導(dǎo)體之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位反向的。通常，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時(shí)存在的。

雜散參數(shù)影響耦合通道的特性

進(jìn)行上圖的分析：在EMI傳導(dǎo)騷擾頻段<30MHz，多數(shù)開(kāi)關(guān)電源騷擾的耦合通道我一般用電路網(wǎng)絡(luò)路徑圖來(lái)分析的。但是,在開(kāi)關(guān)電源中的任何一個(gè)實(shí)際元器件，如電阻器、電容器、電感器乃至開(kāi)關(guān)管、二極管都包含有雜散參數(shù),且研究的頻帶愈寬等值電路的階次愈高；因此,包括各元器件雜散參數(shù)和元器件間的耦合在內(nèi)的開(kāi)關(guān)電源的等效電路將復(fù)雜得多。

注意：在高頻時(shí)，雜散參數(shù)對(duì)耦合通道的特性影響很大，分布電容的存在成為電磁騷擾的通道。還有，在開(kāi)關(guān)管功率較大時(shí)，開(kāi)關(guān)管一般都需加上散熱片，散熱片與開(kāi)關(guān)管之間的分布電容在高頻時(shí)不能忽略，它能形成面向空間的輻射騷擾源和電源線傳導(dǎo)的共模騷擾源。

面對(duì)上面的問(wèn)題：我們的第一想法是要插入濾波器設(shè)計(jì)；

注意設(shè)計(jì)關(guān)鍵思路：在輸入端加濾波器，濾波器阻抗應(yīng)與電源阻抗失配，失配越厲害，實(shí)現(xiàn)的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。也就是說(shuō)，如果噪音源內(nèi)阻是低阻抗的，則與之對(duì)接的EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是高阻抗(如電感量很大的串聯(lián)電感)；如果噪音源內(nèi)阻是高阻抗的，則EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是低阻抗(如容量大的并聯(lián)電容)。由于線路阻抗的不平衡性，兩種分量在傳輸中會(huì)互相轉(zhuǎn)變，情況也變得復(fù)雜。

于是我在2015年正好空閑的一小段時(shí)間，進(jìn)行電磁兼容濾波器的研究就開(kāi)始做了各種各樣的濾波電路在EMI實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試分析，如下圖：

測(cè)試工裝法：使用接線柱，我的設(shè)計(jì)方法不但可以使用整改好的標(biāo)準(zhǔn)整改模塊，而且可以很方便地直接在接線柱上接上元件進(jìn)行設(shè)計(jì)替換。

對(duì)于<75W開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器的測(cè)試研究如下:

濾波電路能達(dá)到10dB設(shè)計(jì)裕量(白電應(yīng)用產(chǎn)品)

輸入濾波器的電路設(shè)計(jì)原理圖如下：

輸入EMI濾波器的設(shè)計(jì)主要是用來(lái)解決傳導(dǎo)騷擾；傳導(dǎo)騷擾的測(cè)試頻率范圍為0.15～30MHz，限值要求如下表：

在0.15～1MHz的頻率范圍內(nèi)，騷擾主要以差模的形式存在，

在1～10MHz的頻率范圍內(nèi)，騷擾的形式是差模和共模共存，

在10MHz以上，騷擾的形式主要以共膜為主。

進(jìn)行機(jī)理分析：

差模騷擾的產(chǎn)生主要是由于開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，流過(guò)電源線的電流會(huì)逐漸上升，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)電流突變?yōu)榱?，因此，流過(guò)電源線的電流為高頻的三角脈動(dòng)電流，含有豐富的高頻諧波分量，隨著頻率的升高，該諧波分量的幅度越來(lái)越小，因此差模騷擾隨頻率的升高而降低，共模則相反隨著頻率的升高器件體之間的分布電容變得越來(lái)越關(guān)鍵；小的共模電流都能產(chǎn)生大的電磁干擾。

濾波器的設(shè)計(jì)：通過(guò)上面的分析，了解產(chǎn)品的干擾特性和輸入阻抗特性后，設(shè)計(jì)或者選擇一個(gè)濾波器就變得簡(jiǎn)單了；如果使用一個(gè)現(xiàn)成的濾波器，可以調(diào)用過(guò)去積累的濾波器數(shù)據(jù)，比對(duì)濾波器參數(shù)，找到一個(gè)合適的濾波器。如果沒(méi)有合適的或者想專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)專(zhuān)用濾波器，可以借助專(zhuān)用的濾波器設(shè)計(jì)軟件。

我自己設(shè)計(jì)的公式計(jì)算軟件的機(jī)理：

1. 一般開(kāi)關(guān)電源的噪聲成分約為1~10MHZ間所以EMI濾波器要在1-10MHZ的插入損耗要盡量好。

2. 濾波器的CM/DM濾波器諧振頻率在10KHZ-50KHZ為好:注意小于開(kāi)關(guān)頻率；

3. 理論上電感量越高對(duì)EMI抑制效果越好，但過(guò)高的電感將使截止頻率更低，而實(shí)際的濾波器只能做到一定寬帶，也就使高頻噪聲的抑制效果變差;

舉例說(shuō)明：我將一只20mH的共模電感進(jìn)行頻率-電感 &頻率-阻抗 分析；

頻率-電感曲線FREQUENCY—INDUCTANCE CURVE:

頻率---阻抗曲線FREQUENCY—IMPEDANCE CURVE:

注意：

電感量愈高,則繞線匝數(shù)愈多,鐵氧體磁芯ui越高,如此將造成低頻阻抗增加（直流阻抗變大）。匝數(shù)增加使分布電容也隨之增大，使高頻電流全部經(jīng)此電容流通。過(guò)高的ui使CORE極易飽和，根據(jù)我多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)于鐵氧體材料ui=10K是比較理想的。

將輸入濾波器進(jìn)行等效如下：

進(jìn)行EMI的共模和差模等效如下：

計(jì)算諧振頻率（濾波器的截止頻率）：

對(duì)于<75W開(kāi)關(guān)電源EMI輸入濾波器計(jì)算結(jié)果如下：

OK!EMI輸入濾波器的設(shè)計(jì)需要一定的理論和實(shí)踐能力，在使用模塊工裝測(cè)試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行公式軟件設(shè)計(jì)是精確EMI輸入濾波器設(shè)計(jì)的一種非常好的方法。