为了减小电源和信号线缆对外辐射,接口电路和电源电路必须进行滤波设计。
二、交流端电源EMI滤波器电源 EMI 滤波器是一种无源双向网络,它一端接电源,另一端接负载。
在所关心的衰减频带的较高频段,可把电源 EMI 滤波器看作是“阻抗失配网络”。
网络分析结果表明,滤波器阻抗两侧端口阻抗失配越大,对电磁干扰能量的衰减就越是有效。
由于电源线侧的共模阻抗一般比较低,所以滤波器电源侧的阻抗一般比较高。
为了得到较好的滤波效果,对低阻抗的电源侧,应配高输入阻抗的滤波器;对高输入阻抗的负载侧,则应配低输出阻抗的滤波器。
普通的电源滤波器对于数十兆以下的干扰信号有较好的滤波作用,在较高频段,由于电容的电感效应,其滤波性能将会下降。
对于频率较高的干扰情况,要使用馈通式滤波器。
该滤波器由于其结构特点,具有良好的滤波特性,其有效频段可以扩展到 GHz,因此在无线产品中使用较多。
滤波器的使用,最重要的问题是接地问题。
只有接地良好的滤波器才能发挥其滤波作用,否则是没有价值的。
滤波器使用要注意以下问题:(1) 滤波器放置在电源的入口位置;(2) 馈通滤波器要放置在机箱(机柜)的金属壁上;(3)滤波器直接与机柜紧密连接,滤波器下面不能涂保护漆;(4) 滤波器的输入输出引线不能并行,交叉。
三、直流电源端口处理开关电源与系统内部晶体以及各时钟频率是主要的干扰源,通常采用磁珠、电容、电感等常规手段滤波,另外也可采用共模电感在电源端口进行共模滤波,防止系统干扰通过电源线发射出去。
电源端的共模电感的使用需要注意:(1)地层和电源层不能随便铺设;(2)滤波电路的输入、输出之间一定要有良好的隔离,才能最大限度地发挥共模电感的滤波作用。
案例分享:如下图为汽车仪表盘 24V 直流电源端口传导测试频谱图,高频段不满足 GB18655 LV3 的限值要求:在该系统电路中,后端的开关电源与系统内部晶体以及各时钟频率是主要的干扰源头。
L 是共模电感,可对该电源端口进行共模滤波,防止系统干扰通过电源线发射出去。
其中 L17 表示共模电感的位置。
经过分析发现,共模电感下面的地层敷铜是多余的。
此敷铜会起到被隔离的共模电感两侧容性耦合的作用,使共模电感的作用在一定程度上丧失。
耦合产生的等效原理图如下:C1 和 C2 表示多余敷铜引起的分布电容,它在一定的频率下将共模电感两端联通,所以来自后级的干扰通过分布电容直接流向传导骚扰的测试仪。
为了验证分析的正确性,修改 PCB,将多余的地层取消,取消多余地层后的 PCB 图如下:取消多余地层后传导骚扰得到很大的改善,传导测试结果如下:四、端口滤波器信号端口是比较容易出现共模干扰的问题,如果不注意很容易辐射超标。
1.接口处既有滤波又有防护电路,应该遵从先防护后滤波的原则。
防护电路用来进行外来过压和过流抑制,如果将防护电路放置在滤波电路之后,滤波电路会被过压和过流损坏。
2.滤波电路应靠近接口放置。
避免已经经过了滤波的线路被再次耦合。
五、总结解决EMC问题需要找到问题“源”,找到问题“源”需要一个找问题的方向,这就需要掌握强大的EMC的理论基础。
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