電(diàn)路设计之外部電(diàn)源的EMI解决方案

2020-03-13

電(diàn)源電(diàn)路设计者对電(diàn)源进行了隔离测试，并且在测试整个系统时，辐射和传导发射特性将有(yǒu)所不同。本文(wén)将讨论如何使用(yòng)铁氧體(tǐ)磁珠将包含外部電(diàn)源的系统和系统负载纳入有(yǒu)关传导和辐射发射的法规遵从性。

一、传导和辐射

電(diàn)子产品通常具有(yǒu)至少两种与之关联的信号，電(diàn)源和信号。不幸的是，電(diàn)源和数据信号中的電(diàn)压跃迁会引起電(diàn)子产品中的第二种信号：噪音。监管机构对允许在系统外部传播的噪声信号的级别进行了限制。关于電(diàn)子发射的两个更常见的法规是美國(guó)标准FCC和欧洲标准EN55022。噪声的主要传播方式取决于噪声的频带。

大多(duō)数低频電(diàn)磁噪声是通过传导传播的。出于监管问题的目的，“低频”電(diàn)磁信号的范围被认為(wèi)是150 kHz至30 MHz。系统内的导體(tǐ)通常太短而无法在该频率范围内用(yòng)作有(yǒu)效天線(xiàn)，因此辐射并不是主要问题。在该频带内，寄生電(diàn)感器的阻抗足够低，而寄生電(diàn)容器的阻抗也足够高，使得信号可(kě)以沿导體(tǐ)传播而不会产生明显的衰减。对于高频電(diàn)磁信号（30 MHz及以上），与导體(tǐ)相关的寄生阻抗会对传导信号产生明显的衰减。然而，

(传导和辐射发射所关注的频段)

二、滤波器解决传导和辐射

外部電(diàn)源通常在AC输入電(diàn)路中包含分(fēn)立的電(diàn)感和電(diàn)容，以衰减噪声从電(diàn)源沿AC输入電(diàn)源線(xiàn)传导出去的情况。内部PCB旨在容纳这些组件，并且在安装了组件的情况下执行了法规安全性测试。一旦電(diàn)路设计和测试活动完成，為(wèi)满足客户需求而对输入过滤器元件进行的更改通常会非常麻烦。

(電(diàn)源交流输入上的传导发射滤波器)

外部電(diàn)源中的DC输出電(diàn)路使用(yòng)内部并联電(diàn)容器来衰减電(diàn)源输出上的AC信号。一些電(diàn)路设计可(kě)能(néng)还包括串联電(diàn)感器，以提供AC信号的附加衰减。但是，在最终的辐射测试中，可(kě)能(néng)会发现内部过滤不足以满足EMI的法规要求。直流输出電(diàn)缆不进行传导发射，但可(kě)以用(yòng)作辐射发射的合理(lǐ)天線(xiàn)。解决过度辐射问题的一种解决方案是在直流输出電(diàn)缆上增加一个外部铁氧體(tǐ)磁珠，以使電(diàn)源符合要求。用(yòng)于EMI滤波的铁氧體(tǐ)磁珠旨在提供感抗和阻抗。无功阻抗有(yǒu)助于阻止不良信号的传播，而電(diàn)阻性阻抗会耗散一些与不良信号相关的能(néng)量。磁珠的选择应使其物(wù)理(lǐ)上适合直流输出電(diàn)缆，并在相关频率下提供必要的滤波特性。

(铁氧體(tǐ)磁珠抑制電(diàn)磁干扰的简化模型)

(铁氧體(tǐ)磁珠用(yòng)于EMI抑制的XRZ图)

二、在系统测试期间添加了铁氧體(tǐ)磁珠滤波器

電(diàn)源電(diàn)路设计团队对電(diàn)源进行了隔离测试，以满足传导和辐射发射要求。但是，将電(diàn)源添加到完整的系统后，系统可(kě)能(néng)无法通过类似的辐射测试。整个系统故障的常见原因之一是系统负载产生的噪声，该噪声通过直流输出電(diàn)源電(diàn)缆传播回電(diàn)源。在直流输出電(diàn)缆上增加铁氧體(tǐ)磁珠是一种低成本的解决方案，可(kě)以将辐射降低到可(kě)接受的水平。

三、选择铁氧體(tǐ)磁珠并过渡到生产

1、测试系统和外部電(diàn)源，以确定是否存在发生过度发射的频率。

2、选择一个铁氧體(tǐ)磁珠，该磁珠应物(wù)理(lǐ)地围绕電(diàn)缆，并在所关注的频率下提供高阻抗。一些铁氧體(tǐ)磁珠公司提供分(fēn)體(tǐ)式铁氧體(tǐ)磁珠用(yòng)于测试和小(xiǎo)批量生产。分(fēn)裂的铁氧體(tǐ)磁珠允许组装到電(diàn)缆上，而无需直流输出连接器穿过铁氧體(tǐ)磁珠中的孔。

3、安装铁氧體(tǐ)磁珠。通常将铁氧體(tǐ)磁珠放置在電(diàn)缆的DC连接器端，以减少噪声信号，然后再将它们沿着電(diàn)缆从系统负载传输到電(diàn)源。通常，将電(diàn)缆的两匝穿过铁氧體(tǐ)磁珠。磁珠提供的阻抗与匝数平方成正比；两匝的阻抗是单匝的四倍。当实施多(duō)于两匝时，每匝的串联阻抗会升高到足够高的水平，以使電(diàn)缆段之间的寄生電(diàn)容使能(néng)量分(fēn)流超过磁珠产生的串联阻抗。通过寄生電(diàn)容分(fēn)流不希望的信号会使铁氧體(tǐ)磁珠的效率降低到比仅采用(yòng)两匝时低的程度。

4、如果要进行批量生产，请选择规格与测试中使用(yòng)的磁珠相当的非分(fēn)裂铁氧體(tǐ)磁珠。生产中使用(yòng)的铁氧體(tǐ)磁珠的供应商(shāng)可(kě)能(néng)不同于测试中使用(yòng)的磁珠的供应商(shāng)。

5、用(yòng)铁氧體(tǐ)磁珠构造電(diàn)源样品，以用(yòng)于批量生产。

6、将用(yòng)于生产的铁氧體(tǐ)磁珠安装在電(diàn)源DC输出電(diàn)缆上，测试系统和外部電(diàn)源。此重新(xīn)测试可(kě)确保電(diàn)源，生产的铁氧體(tǐ)磁珠和系统的组合满足排放要求。

摘要：当電(diàn)源和系统负载结合在一起时，電(diàn)路设计团队有(yǒu)时会遇到整个系统无法满足传导和辐射发射要求的问题。通常，在计划时间和资源成本上，更改電(diàn)源或系统负载的设计都将是非常昂贵的。放置在電(diàn)源DC输出電(diàn)缆上的铁氧體(tǐ)磁珠（设计有(yǒu)電(diàn)感性和電(diàn)阻性阻抗组件）可(kě)用(yòng)于使整个系统满足传导和辐射发射要求。选择合适的磁珠是一个多(duō)步骤的过程，可(kě)能(néng)需要系统设计团队与電(diàn)源制造商(shāng)之间进行协调。