小功率反激电源EMI抑制方法

　　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,实际是一个LC并联网络，这个LC并联网络在会在某个频率上发生并联谐振，导致其阻抗最大，这时电容并联网络实际已经失去旁路作用。如果刚好在这个频率上有较强的干扰，就会出现干扰问题。

　　2.3 缓冲电路的应用

　　开关电源的干扰按噪声源种类分为尖峰干扰和谐波干扰两种。输入电流中的高次谐波在电路中采用共模扼流圈来抑制，而对于尖峰干扰，除了在源头上减小漏感，选择快恢复二极管来减小尖峰外，最常见的就是开关管加RCD箝位电路与输出二极管加RC吸收电路。RCD箝位电路用于抑止由于变压器初级漏感在开关管关断过程中产生的电压尖峰。RC吸收电路用于抑制二极管关断时变压器次级漏感与二极管反向恢复引起的电压尖峰。不过这些缓冲电路是通过消耗功率来达到抑制目的，因此需要根据实际需求选择使用。

　　2.4尽量缩小高频环路面积

　　一般小功率反激电源有四部分需要注意环路面积：

　　A：初级开关环路(MOS管，变压器，输入电容)

　　B：次级开关环路(变压器，输出二极管，输出电容)

　　C：RCD环路(R，C，D，MOS管，变压器)

　　D：辅助电源环路(变压器，二极管，电容)

　　因为差模电流流过导线环路时，将引起差模辐射如式(3)表示[2]：

　　同时，由于接地电路中存在电压降，某些部位具有高电位的共模电压，当外接电缆与这些部位连接时，就会在共模电压激励下产生共模电流，从而产生共模辐射干扰如式(4)表示[2]：

　　所以，在高频环路上，在满足可靠性的情况下，高频电流回路越小越好，以减小引起差模辐射的环路面积。并且环路的导线应当尽量地短，以减小引起共模辐射的环路导线长度。

　　2.5优化地线设计

　　由于地线存在阻抗，地线电流流过地线时,就会在地线上产生电压。细而长的导线呈现高电感,如式(5)[2]，其阻抗随频率的增加而增加：

　　在设计小功率电源电路时,往往运用单点接地与浮地，将地线作为所有电路的公共地线,因此地线上的电流成份很多,电压也很杂乱，这时候就需要注意相对减小高频回路地线的长度，以减小共模噪声。