EMC及按规设计

1、2021-12-51EMI设计的引言设计的引言l高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz）。l形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。从已发表的开关电源论文可知，在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，传导干扰还会注入电网，干扰接入电网的其他设备。 2021-12-52EMI滤波器的作用滤

2、波器的作用l减少传导干扰的方法有很多，诸如合理铺设地线，采取星型铺地，避免环形地线，尽可能减少公共阻抗；设计合理的缓冲电路；减少电路杂散电容等。除此之外，可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。 2021-12-53EMI滤波器的设计原理l在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的dv/dt和di/dt，因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号，其频率范围从开关工作频率到几MHz。所以，传导型电磁环境（EME）的测量，正如很多国际和国家标准所规定，频率范围在0.1530MHz。设计EMI滤波器，就是要对开关频

3、率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。基于上述标准，通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理范围内即可。 2021-12-54常用电源滤波类型常用电源滤波类型l通常有四种技术可进行电源滤波，以便抑制干扰噪声。在实际使用中，经常是混合使用其中的两种，甚至多种技术。它们是：l正负极电源线之间添加电容，即X电容； l每根电源线和地线之间添加电容，即Y电容；l 共模抑制(两根电源线上的抑制线圈同向绕线)；l 差模抑制(每根电源线有它自己的抑制线圈)。2021-12-55电磁干扰滤波器的基本电路电磁干扰滤波器的基本电路2021-12-56电磁干扰滤波器的构造原理电磁干扰滤波器的构造原理l

4、构造原理图： 2021-12-57构造原理说明构造原理说明l电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz30MHz，最高可达150MHz。根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰，另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。这表明噪声属于双向干扰信号，电子设备既是噪声干扰的对象，又是一个噪声源。若从形成特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。串模干扰是两条电源线之间（简称线对线）的噪声。共模干扰则是两条电源线对大地（简称线对地）的噪声。因此，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性（EMC）的要求，也必须是双向射频滤波器，一方面要滤除从交流电源线上引入

5、的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。此外，电磁干扰滤波器就对串模、共模干扰都起到抑制作用。 2021-12-58电感量范围与额定电流的关系电感量范围与额定电流的关系 额定电流（A）136101215电感量（L）823240.40.80.20.30.10.1500.082021-12-59基本电路及其典型应用基本电路及其典型应用1 l电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应接通大地。电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感）L、滤波电容C1C4。L对串模干扰不起作用，但当出现共

6、模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。L的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关，参见表1。需要指出，当额定电流较大时。 2021-12-510基本电路及其典型应用基本电路及其典型应用2l共模扼流圈的线径也要相应增大，以便能承受较大的电流。此外，适当增加电感量， 可改善低频衰减特性。C1和C2采用薄膜电容器，容量范围大致是0.01F0.47F,主要用来滤除串模干扰。C3和C4跨接在输出端，并将电容器的中点接地，

7、能有效地抑制共模干扰。C3和C4亦可并联在输入端，仍选用陶瓷电容，容量范围是2200pF0.1F。为减小漏电流，电容量不得超过0.1F，并且电容器中点应与大地接通。C1C4的耐压值均为630VDC或250VAC。 图2示出一种两级复合式EMI滤波器的内部电路，由于采用两级（亦称两节）滤波，因此滤除噪声的效果更佳。针对某些用户现场存在重复频率为几千赫兹的快速瞬态群脉冲干扰的问题，国内外还开发出群脉冲滤波器（亦称群脉冲对抗器），能对上述干扰起到抑制作用。 2021-12-511EMI滤波器图滤波器图1 2021-12-512EMI滤波器图滤波器图22021-12-513EMI滤波器图说明滤波器图说

8、明l为减小体积、降低成本，单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器，典型电路图3所示。图（a）与图（b）中的电容器C能滤除串模干扰，区别仅是图（a）将C接在输入端，图（b）则接到输出端。图（c）、（d）所示电路较复杂，抑制干扰的效果更佳。图（c）中的L、C1和C2用来滤除共模干扰，C3和C4滤除串模干扰。R为泄放电阻，可将C3上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性；断电后还能使电源的进线端L、N不带电，保证使用的安全性。图（d）则是把共模干扰滤波电容C3和C4接在输出端。lEMI滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。图4中曲线a为加EMI滤波器时开关电源上0.15MHz30MHz

9、传导噪声的波形（即电磁干扰峰值包络线）。曲线b是插入如图3（d）所示EMI滤波器后的波形，能将电磁干扰衰减50dBV70dBV。显然，这种EMI滤波器的效果更佳。2021-12-514EMI滤波前后的波形比较滤波前后的波形比较2021-12-515EMI滤波器主要说明滤波器主要说明1、EMI滤波器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、漏电流、测试电压、绝缘电阻、直流电阻、使用温度范围、工作温升Tr、插入损耗AdB、外形尺寸、重量等。上述参数中最重要的是插入损耗（亦称插入衰减），它是评价电磁干扰滤波器性能优劣的主要指标。 插入损耗（AdB）是频率的函数，用dB表示。设电磁干扰滤波器插入前后传输到

10、负载上的噪声功率分别为P1、P2,有公式： AdB=10lg(P1/P2) (1)2、假定负载阻抗在插入前后始终保持不变，则P1=V12/Z，P2=V2 2/Z。式中V1是噪声源直接加到负载上的电压，V2是在噪声源与负载之间插入电磁干扰滤波器后负载上的噪声电压，且V250V和 150V80015002500150V和 300V150025004000注：对于多相器具，以相线对中线或相线对地的电压作为额定电压。2021-12-535绝缘距离的确定l电气间隙：主要由峰值工作电压确定；l爬电距离：主要由有效值或直流工作电压确定；1、零部件之间没有开槽的情况：根据工作电压、污染等级、过电压等级、 材料

11、类别、绝缘类型进行查表；即为相应的电气间隙和爬电距离； 2、零部件之间有开槽的情况：开槽对电气间隙没有影响，仅影响爬电距离；2021-12-536绝缘穿透距离绝缘穿透距离3、绝缘穿透距离 根据峰值工作电压和绝缘类型来判断： （1）如果峰值工作电压71V71V，任何一种绝缘都无要求； （2）如果峰值工作电压71V71V，附加绝缘或加强绝缘的最小绝缘穿透距离为0.4mm0.4mm，对工作绝缘和基本绝缘无要求。4、薄片绝缘物的要求 附加绝缘或加强绝缘由两层薄片绝缘物组成，且其中任何一层均需通过附加绝缘或加强绝缘所要求的电气强度测试； 附加绝缘或加强绝缘由三层薄片绝缘物组成，其中任两层的组合均需通过附

12、加绝缘或加强绝缘所要求的电气强度测试；2021-12-537安规器件的控制l主要控制内容：主要控制内容： 1、工作在危险电压中； 2、跨接在危险和安全电压之间； 3、失效导致危险；l安规器件的确定安规器件的确定1）确定原则： 器件的更换对产品的安全的影响程度；2）注意事项： 不是所有的安规器件都需要认证； 是否为安规器件要根据产品来确定。2021-12-538安规器件的要求保险丝l在AC/DC电源中输入/输出保险丝都是安规关键器件；l保险丝在PCB上的标称必须与保险丝的型号相同；l在用户手册中必须写保险丝的更换警告语句；l保险丝属于CCC的控制范围，必须满足CCC的要求；lTUV要求：对于额定电流小于6.3A满足欧洲的认证，其他的可以认可UL或CCC；lUL的要求：必须UL认证（UL或UR）；l保险丝帽套要求UL认证；l保险丝座，要求满足UL认证；2021-12-539安规器件的要求X、Y电容lX、Y电容必须满足使用的电压要求；lX、Y电容必须满足温度要求l用于AC/DC一次侧的X、Y电容必须是安规电容，必须有欧洲和UL认证；安规电容绝缘类型额定电压冲击电压Y1D or R250V8.