經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)備設(shè)計(jì)人員早就知道，僅使用合規(guī)組件并不能保證最終產(chǎn)品的 EMC 合規(guī)性“通過”。原因多種多樣。例如，對(duì)設(shè)備 AC/DC 轉(zhuǎn)換器的一致性測(cè)試是在假設(shè)的 AC 線路阻抗、輸出負(fù)載、電纜的長(zhǎng)度和布線以及部件相對(duì)于地的位置的特定條件下進(jìn)行的。當(dāng)使用內(nèi)部安裝的 AC/DC 轉(zhuǎn)換器對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所有這些條件都會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致不同且通常更差的傳導(dǎo) EMI 特征。來自其他組件的輻射 EMI 也可以在電源電纜上被拾取，從而增加傳導(dǎo)水平。

模塊化濾波器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) EMI 合規(guī)性

外部模塊化濾波器可以是解決方案，但有數(shù)百種可供選擇，哪一個(gè)是最佳選擇?讓我們首先看一下典型商用濾波器的內(nèi)部電路，并考慮每個(gè)組件的作用(圖 1)。

圖 1： 這種典型的模塊化 EMI 濾波器使用 CX 電容器來衰減差模噪聲，并使用電感器-電容器組合來降低共模噪聲。

電容器 CX 可衰減因轉(zhuǎn)換器內(nèi)電流的快速變化而從線路到中性線出現(xiàn)的差模噪聲、信號(hào)和尖峰。電容器將被評(píng)為 X1、X2 或 X3，因?yàn)樗鼈兡軌虺惺芙涣骶€路上的電壓瞬變。電感器 L 是一個(gè)共模或電流補(bǔ)償扼流圈，如圖所示具有兩個(gè)相控繞組。共模噪聲由轉(zhuǎn)換器內(nèi)電壓的快速變化產(chǎn)生，從線路和中性線到接地，將扼流圈視為高阻抗，每個(gè) CY 電容器將噪聲電流轉(zhuǎn)移到接地。通過扼流圈上兩個(gè)繞組的正常運(yùn)行電流會(huì)在磁芯中引起磁場(chǎng)抵消，因此可以使用高電感值而不必?fù)?dān)心磁飽和。通常，L 在繞組之間的耦合不夠完美，因此會(huì)產(chǎn)生一些漏感，

雖然 CX 可以是實(shí)際范圍內(nèi)的任何電容值，但兩個(gè) CY 值受對(duì)地泄漏電流要求的限制。它們有 Y1、Y2、Y3 和 Y4 類型，額定工作電壓和瞬態(tài)電壓降低。通過 Y 電容器的泄漏電流是一個(gè)潛在問題，因?yàn)樗鼈儗踩琳?線路和中性線接地)橋接起來。如果設(shè)備金屬件的保護(hù)接地連接出現(xiàn)故障，外殼會(huì)通過 Y 電容器“浮動(dòng)”至線路電壓，并可能導(dǎo)致觸電。因此，這些 Y 電容器值被限制為允許流過外殼的電流不超過規(guī)定的電流，該量由用于特定應(yīng)用環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。限制可以從工業(yè)系統(tǒng)中的數(shù)十毫安到心臟浮動(dòng)醫(yī)療保健應(yīng)用中的小于 10 μA 不等。

電阻器 R1 是一個(gè)高阻值電阻器(通常為 1 MΩ)，如果突然移除交流電源并且無(wú)法依靠負(fù)載將電荷排出，則用于對(duì) CX 放電，從而在交流連接器引腳上留下潛在的危險(xiǎn)電壓。針對(duì) ITE 和媒體設(shè)備安全的 IEC 62368-1 等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于 CX > 300 納法 (nF)，R1 應(yīng)在兩秒后將電容器放電至低于 60 V，對(duì)于 CX < 300 nF，則允許更高的電壓。同樣，對(duì)于只有經(jīng)過培訓(xùn)的人員才能使用的設(shè)備，允許的電壓限制更高。

不過，其他標(biāo)準(zhǔn)是不同的。例如，針對(duì)醫(yī)療設(shè)備的 IEC 60601-1 要求 1 秒后放電至低于 60 V，但如果 CX 低于 100 nF，則沒有要求。IEC 62368-1 等標(biāo)準(zhǔn)還要求電阻器能夠承受瞬態(tài)電壓，如果電阻器安裝在保險(xiǎn)絲之前，電阻偏差不超過 10%。因此，電阻器 R1 將成為高規(guī)格部件。在某些應(yīng)用中，正常條件下 R1 的功耗可能會(huì)限制其符合美國(guó)能源部 (DoE) 和歐洲 ErP 指令等機(jī)構(gòu)規(guī)定的待機(jī)或空載損耗限制的機(jī)會(huì)。

圖 1中所示的保險(xiǎn)絲可以包含在模塊化濾波器中，特別是面板安裝類型，例如流行的 IEC320-C14 類型(圖 2)。

圖 2： 諸如 IEC320-C14 之類的熔斷面板安裝 EMI 濾波器是流行的模塊化濾波器選項(xiàng)。

在商業(yè)應(yīng)用中，線路中只有一根保險(xiǎn)絲是正常的。如前所述，如果熔斷器元件符合標(biāo)準(zhǔn)，則可以簡(jiǎn)化 R1 等下游組件的規(guī)格。某些應(yīng)用，例如醫(yī)療設(shè)備和 II 類 IT，需要將線路和中性線都熔斷以防止意外連接反轉(zhuǎn)的可能性。在單熔斷器的情況下，連接反接會(huì)使火線不熔斷，并在發(fā)生從火線到保護(hù)接地的短路時(shí)依賴于電源開口中的上游熔斷器或斷路器。但這些上游設(shè)備的額定電流值可能很高，以保護(hù)多個(gè)負(fù)載的接線，并且不能保證在設(shè)備故障時(shí)快速打開，從而可能引發(fā)火災(zāi)。然而，雙重熔斷確實(shí)有缺點(diǎn)，

選擇過濾器

過濾器的機(jī)械格式是選擇過程的自然起點(diǎn)。根據(jù)應(yīng)用要求，機(jī)械變體可用作 IEC 入口，采用螺釘或卡入式安裝，可選擇開關(guān)和無(wú)、一個(gè)或兩個(gè)保險(xiǎn)絲。IEC 入口類型的 C14 額定電流為 10 A，C20 額定電流為 16 A，機(jī)箱安裝部件的額定電流為 20 A 或更高。機(jī)箱安裝濾波器通常具有六面屏蔽以及直接固定到導(dǎo)電接地金屬制品，可提供非常有效的 EMI 衰減。

對(duì)于所有類型，都提供醫(yī)療版本，它省略了 Y 電容器以將泄漏電流降低到最大典型值 5 μA。這種省略必然意味著共模衰減被降低，并且可能需要在其他地方進(jìn)行補(bǔ)償，例如通過級(jí)聯(lián)濾波器。

給定最低輸入電壓和負(fù)載功率因數(shù)，可以根據(jù)負(fù)載功率要求輕松計(jì)算濾波器的額定電流需求。例如，在 90 VAC 時(shí)功率因數(shù)為 0.9 的濾波器上的負(fù)載將消耗 200 W/(0.9 × 90 VAC) = 2.47 A 的電流。在這種情況下，額定 3 A 的濾波器可以選擇。

選擇濾波器所需的衰減最好通過在未安裝濾波器的情況下測(cè)量系統(tǒng)性能來完成，然后計(jì)算外部濾波器需要額外的多少才能滿足規(guī)格。濾波器數(shù)據(jù)表中的衰減曲線將指示濾波器性能，但請(qǐng)記住數(shù)據(jù)表性能是在指定的測(cè)試條件下，通常為 50-Ω 源阻抗和負(fù)載阻抗。盡管可以使用線路阻抗穩(wěn)定器網(wǎng)絡(luò) (LISN) 對(duì)交流電源進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，但應(yīng)用負(fù)載可能與數(shù)據(jù)表中的測(cè)試條件有很大不同。

與 AC/DC 電源中的內(nèi)部濾波器級(jí)聯(lián)的濾波器模塊也可能導(dǎo)致意外結(jié)果，發(fā)生潛在的諧振，甚至可能導(dǎo)致關(guān)鍵頻率下的 EMI 放大。例如，EMI 圖取自 XP Power 的典型 AC/DC 轉(zhuǎn)換器，部件為 PBR500PS12B，在 230 VAC 和 180 W 下運(yùn)行，如圖 3所示。該圖顯示了與準(zhǔn)峰值檢測(cè)的 EN 55032 曲線 B 排放限制線的良好合規(guī)性。然后在交流線路中插入一個(gè)濾波器，即 XP Power FCSS06SFR，其衰減特性如圖4所示。虛線為差模，實(shí)線為共模衰減。圖 5給出了總體組合結(jié)果。

圖 3： 此帶有內(nèi)部濾波器的 AC/DC 電源的 EMI 圖顯示了良好的輻射限制合規(guī)性。

圖 4： 模塊化濾波器類型 XP FCSS06SFR 的 EMI 圖顯示了差模和共模衰減。

圖 5： 添加了圖 4 的外部濾波器的圖 3 的 AC/DC 電源顯示 10 MHz 以上的總衰減比預(yù)期的要小，這表明需要確認(rèn)測(cè)量。

可以看出，在大約 1 MHz 時(shí)，濾波器衰減使發(fā)射量下降了預(yù)期的量，但在 10 MHz 及以上，改進(jìn)與預(yù)期不符，這表明模塊化濾波器沒有“看到”50 Ω，因?yàn)樵谶@些頻率上終止。它的衰減比預(yù)期的要低。這一結(jié)果證實(shí)了進(jìn)行實(shí)際測(cè)量以確認(rèn)合規(guī)性的必要性。

審核編輯：湯梓紅