在开关电源、充电器、变频家电以及小功率电机驱动类产品里,电磁干扰(EMI)是设计阶段绕不开的话题。电源滤波器的作用,是在电源线与设备之间建立一道关卡:让设备内部产生的干扰少一些流向电网,也让电网上的干扰少一些进入设备。不少刚接触电路设计的工程师拿到一张电源滤波器原理图,会觉得元件不多却读不明白,本文从元件分工入手,把这张图逐个拆开来看。
原理图上常见的元件大致有六类。X电容跨接在火线与零线之间,用来处理差模干扰;Y电容一端接火线或零线,另一端接保护地,走的是共模干扰的回路,容量通常在纳法级;共模电感也叫共模扼流圈,两个绕组绕在同一个磁芯上,对共模电流呈现较高阻抗,而差模电流产生的磁通相互抵消,对工频电流的影响很小;差模电感串联在单条线路上,用来压制差模噪声;压敏电阻负责吸收浪涌电压;放电电阻为X电容提供泄放通道,避免断电后电容上残留电压。
读懂原理图,可以按信号流向走一遍。交流输入进入端子后,先经过压敏电阻,接着是X电容、共模电感、Y电容,之后可能再串一级差模电感,输出端再补一颗X电容。共模电感的位置通常排在X电容之后,这样滤波器对共模和差模噪声都有兼顾。滤波器的效果与接地质量、走线长度、元件布局都有关系。原理图画得再规整,如果共模电感的两个绕组不对称,或者Y电容的接地点选在噪声较大的区域,实测的插入损耗也会打折扣。
噪声分共模与差模两类,处理思路并不相同。差模噪声在火线与零线之间流动,靠X电容和差模电感来对付;共模噪声同时出现在两条线上,以地为回路,主要靠共模电感和Y电容。判断方法是分别测量共模与差模噪声分量,再决定在哪一级做加强。低频段超标,多半要动X电容和差模电感;高频段超标,往往要从共模电感的绕制方式、磁芯材料以及Y电容的接地路径上找原因。
苏州谷景电子长期从事电感类元件的研发与制造,产品线覆盖共模电感、绕线贴片电感、插件电感等品类。在电源滤波器的设计阶段,谷景可以配合客户完成共模电感的电感值、阻抗特性与封装尺寸的选型,并提供不同磁芯材料的样品供对比测试。对整机厂来说,把元件选型与EMI整改放在一起考虑,往往比在样机阶段反复试错要省事。