传导干扰EMC滤波电路设计 EMI/EMC－－原理与应对详解（八）

草原狼王

传导干扰EMC滤波电路设计 EMI/EMC－－原理与应对详解（八） [复制链接]

根据EMC的定义或原理，EMC滤波电路不但要抑制本电子设备产生的电磁干扰，同时也要对外来的电磁干扰信号进行抑制，因此，图14所示的EMC滤波电路还不是十分完美的。为了提高EMC滤波电路对外来电磁干扰信号的抑制能力，最好在输入端也安装一个低通滤波器，并且这个低通滤波器对本电子设备产生的电磁干扰也有很强的抑制能力。
另外，由于电磁干扰信号的频谱非常宽，单独用一个电感滤波器是很难达到满意要求的，因为，目前采用的电感滤波器都不是理想的电感滤波器，每种规格的电感滤波器只能对应某一频段滤波效果为最好，因此，最好同时把高、中、低三种不同频率滤波特性的电感滤波器同时都用上。图15是一种具有对外来传导干扰信号有很强抑制能力的EMC滤波电路，同时，EMC滤波电路还可以把高、中、低三种不同频率滤波特性的电感滤波器组合起来使用，使性能进一步提高。

图15与图14相比，多了一个L0低通电感滤波器，目的是为了提高对外来传导干扰信号的抑制能力。如果只考虑提高抑制本电子设备干扰的能力，可把C1、C2的连接位置移放到电源线的最前端，即：尽量靠近测试仪表的接入处，抑制干扰效果会更显著。需要检查电子设备对外来电磁干扰信号的抑制能力，可在电源线输入端输入一个干扰信号，然后检测电子设备被干扰影响的程度，如：电视机出现行扫描不同步等。对不同的电子设备，干扰信号也有不同的要求，这些标准制定一般都是由行业协会提出，最后由标准制定单位推荐使用。
3-1．传导干扰EMC滤波电路设计
传导干扰分共模信号干扰和差模信号干扰，我们先来分析共模信号干扰。
我们可以从图6、图7、图8、图10、图12、图14、图15等看出，共模干扰信号主要是通过电子设备对地的分布电容构成回路传输的。如图5中的C5就是干扰设备对地的分布电容。C5的容量与干扰设备的体积有关，与地面的距离有关，但检测时，设备到地面的距离是固定的，C5的容量大约在十几到几千微微法之间。由于C5的容量很小，对低频信号的阻抗很大，因此，能够通过C5电容的共模干扰信号基本上都是属于高频信号。
在图14、图15电路中，为了降低共模干扰信号输出，还在电路中串入L0、L1、L2等电感，以及C1、C2等电容。与C5电容的特性相反，电感滤波器对低频信号的阻抗很小，而对高频信号的阻抗却很大。
图16表示C5电容与L0、L1、L2等电感滤波器的频率-阻抗特性图。图16中红线表示设备对地电容C5的频率阻抗曲线；蓝线是滤波电感L0、L1、L2的频率阻抗曲线。
对于电容来说，在频率的低端电容的阻抗很大，低频共模干扰信号一般难以通过；但当频率升高到一定某一个数值的时候，电容的阻抗就会降低，共模干扰信号就会很容易通过，因此，产生共模干扰的信号的频率主要集中在红线的右端。但对于电感L0、L1、L2来说，在频率的低端电感的阻抗很小，低频共模干扰信号一般很容易通过，但当频率升高到某一个数值的时候，电感的阻抗会升高，使共模干扰信号难以通过，因此，出现共模干扰信号的频率主要集中在蓝线的左端。由此，可以得出结论，出现共模干扰信号的频率就是在电容阻抗曲线与电感阻抗曲线的交汇处，如图16中的a、b、c或对应频率f1、f2、f3附近。

图16中有三条蓝色电感滤波器的阻抗曲线，分别对应不同数值的电感。当符合标准的共模干扰信号对应的阻抗参考线为Z1时，图16中的三种电感参数全部合格；当符合标准的共模干扰信号对应的阻抗参考线为Z2时，选用的三种电感参数只有两种合格，其中第一个性能最优，但成本相应也会提高。另外我们还可以看出，选用不同的电感参数，对应出现共模干扰信号的频率也不一样。
我们再来分析差模干扰。
我们同样可以从图6、图7、图8、图10、图12、图14、图15等看出，差模干扰信号没有通过设备对地的分布电容构成回路，主要是通过电源输电线路进行传输。在图14、图15中对差模干扰信号起抑制作用的主要是L0、L1、L2、C3、C4，以及C1、C2。一般C1、C2都是在安全标准允许的条件下把容量用到最大，参数可调的一般只有C3、C4两个电容，和L0、L1、L2三个电感滤波器。

图17表示C3、C4滤波电容器与L0、L1、L2等电感滤波器的频率-阻抗特性图。图17中的两条红线，表示滤波电容器C3、C4选取不同容量时的频率阻抗曲线；两条蓝线，表示滤波电感L0、L1、L2选取不同电感值时的频率阻抗曲线。对于电容来说，在频率的低端电容的阻抗很大，低频差模干扰信号一般难以通过；但当频率升高到一定范围的时候，电容的阻抗就会降低，差模干扰信号就很容易通过，因此，出现差模干扰信号的频率主要集中在红线的左端。
但对于电感L0、L1、L2来说，在频率的低端电感的阻抗很小，低频差模干扰信号一般很容易通过，但当频率升高到一定范围的时候，电感的阻抗也会升高，使差模干扰信号难以通过，因此，出现差模干扰信号的频率主要集中在蓝线的左端。由此，可以得出结论，出现差模干扰信号的频率全部都集中在电容阻抗曲线与电感阻抗曲线相交处的左端，如图17中的a、b、c、e或对应频率f1、f2、f3、f4的左边。因此，滤波电容器C3、C4与电感滤波器L0、L1、L2的数值，对于差模干扰信号抑制效果来说都是越大越好。
从图16和图17可以看出，出现共模干扰信号的频率既不是频率的低端，也不是频率的高端，而是在某个频率的附近；而出现差模干扰信号的频率全部都是集中在某个频率的低端。
特别指出，上面分析，完全是把电容器和电感器看成一个理想器件来进行分析的结果，实际应用中的电容器并不是一个理想的电容器，电感滤波器也不是一个理想的电感滤波器。因此，在进行实际电路设计时一定要反复查看自己所选择器件的参数，特别是各种器件的频率响应曲线。