電路設計之外部電源的EMI解決方案

2020-03-13

電源電路設計者對電源進(jìn)行了隔離測試，并且在測試整個(gè)系統時(shí)，輻射和傳導發(fā)射特性將有所不同。本文將討論如何使用鐵氧體磁珠將包含外部電源的系統和系統負載納入有關(guān)傳導和輻射發(fā)射的法規遵從性。

一、傳導和輻射

電子產(chǎn)品通常具有至少兩種與之關(guān)聯(lián)的信號，電源和信號。不幸的是，電源和數據信號中的電壓躍遷會(huì )引起電子產(chǎn)品中的第二種信號：噪音。監管機構對允許在系統外部傳播的噪聲信號的級別進(jìn)行了限制。關(guān)于電子發(fā)射的兩個(gè)更常見(jiàn)的法規是美國標準FCC和歐洲標準EN55022。噪聲的主要傳播方式取決于噪聲的頻帶。

大多數低頻電磁噪聲是通過(guò)傳導傳播的。出于監管問(wèn)題的目的，“低頻”電磁信號的范圍被認為是150 kHz至30 MHz。系統內的導體通常太短而無(wú)法在該頻率范圍內用作有效天線(xiàn)，因此輻射并不是主要問(wèn)題。在該頻帶內，寄生電感器的阻抗足夠低，而寄生電容器的阻抗也足夠高，使得信號可以沿導體傳播而不會(huì )產(chǎn)生明顯的衰減。對于高頻電磁信號（30 MHz及以上），與導體相關(guān)的寄生阻抗會(huì )對傳導信號產(chǎn)生明顯的衰減。然而，

(傳導和輻射發(fā)射所關(guān)注的頻段)

二、濾波器解決傳導和輻射

外部電源通常在AC輸入電路中包含分立的電感和電容，以衰減噪聲從電源沿AC輸入電源線(xiàn)傳導出去的情況。內部PCB旨在容納這些組件，并且在安裝了組件的情況下執行了法規安全性測試。一旦電路設計和測試活動(dòng)完成，為滿(mǎn)足客戶(hù)需求而對輸入過(guò)濾器元件進(jìn)行的更改通常會(huì )非常麻煩。

(電源交流輸入上的傳導發(fā)射濾波器)

外部電源中的DC輸出電路使用內部并聯(lián)電容器來(lái)衰減電源輸出上的AC信號。一些電路設計可能還包括串聯(lián)電感器，以提供AC信號的附加衰減。但是，在最終的輻射測試中，可能會(huì )發(fā)現內部過(guò)濾不足以滿(mǎn)足EMI的法規要求。直流輸出電纜不進(jìn)行傳導發(fā)射，但可以用作輻射發(fā)射的合理天線(xiàn)。解決過(guò)度輻射問(wèn)題的一種解決方案是在直流輸出電纜上增加一個(gè)外部鐵氧體磁珠，以使電源符合要求。用于EMI濾波的鐵氧體磁珠旨在提供感抗和阻抗。無(wú)功阻抗有助于阻止不良信號的傳播，而電阻性阻抗會(huì )耗散一些與不良信號相關(guān)的能量。磁珠的選擇應使其物理上適合直流輸出電纜，并在相關(guān)頻率下提供必要的濾波特性。

(鐵氧體磁珠抑制電磁干擾的簡(jiǎn)化模型)

(鐵氧體磁珠用于EMI抑制的XRZ圖)

二、在系統測試期間添加了鐵氧體磁珠濾波器

電源電路設計團隊對電源進(jìn)行了隔離測試，以滿(mǎn)足傳導和輻射發(fā)射要求。但是，將電源添加到完整的系統后，系統可能無(wú)法通過(guò)類(lèi)似的輻射測試。整個(gè)系統故障的常見(jiàn)原因之一是系統負載產(chǎn)生的噪聲，該噪聲通過(guò)直流輸出電源電纜傳播回電源。在直流輸出電纜上增加鐵氧體磁珠是一種低成本的解決方案，可以將輻射降低到可接受的水平。

三、選擇鐵氧體磁珠并過(guò)渡到生產(chǎn)

1、測試系統和外部電源，以確定是否存在發(fā)生過(guò)度發(fā)射的頻率。

2、選擇一個(gè)鐵氧體磁珠，該磁珠應物理地圍繞電纜，并在所關(guān)注的頻率下提供高阻抗。一些鐵氧體磁珠公司提供分體式鐵氧體磁珠用于測試和小批量生產(chǎn)。分裂的鐵氧體磁珠允許組裝到電纜上，而無(wú)需直流輸出連接器穿過(guò)鐵氧體磁珠中的孔。

3、安裝鐵氧體磁珠。通常將鐵氧體磁珠放置在電纜的DC連接器端，以減少噪聲信號，然后再將它們沿著(zhù)電纜從系統負載傳輸到電源。通常，將電纜的兩匝穿過(guò)鐵氧體磁珠。磁珠提供的阻抗與匝數平方成正比；兩匝的阻抗是單匝的四倍。當實(shí)施多于兩匝時(shí)，每匝的串聯(lián)阻抗會(huì )升高到足夠高的水平，以使電纜段之間的寄生電容使能量分流超過(guò)磁珠產(chǎn)生的串聯(lián)阻抗。通過(guò)寄生電容分流不希望的信號會(huì )使鐵氧體磁珠的效率降低到比僅采用兩匝時(shí)低的程度。

4、如果要進(jìn)行批量生產(chǎn)，請選擇規格與測試中使用的磁珠相當的非分裂鐵氧體磁珠。生產(chǎn)中使用的鐵氧體磁珠的供應商可能不同于測試中使用的磁珠的供應商。

5、用鐵氧體磁珠構造電源樣品，以用于批量生產(chǎn)。

6、將用于生產(chǎn)的鐵氧體磁珠安裝在電源DC輸出電纜上，測試系統和外部電源。此重新測試可確保電源，生產(chǎn)的鐵氧體磁珠和系統的組合滿(mǎn)足排放要求。

摘要：當電源和系統負載結合在一起時(shí)，電路設計團隊有時(shí)會(huì )遇到整個(gè)系統無(wú)法滿(mǎn)足傳導和輻射發(fā)射要求的問(wèn)題。通常，在計劃時(shí)間和資源成本上，更改電源或系統負載的設計都將是非常昂貴的。放置在電源DC輸出電纜上的鐵氧體磁珠（設計有電感性和電阻性阻抗組件）可用于使整個(gè)系統滿(mǎn)足傳導和輻射發(fā)射要求。選擇合適的磁珠是一個(gè)多步驟的過(guò)程，可能需要系統設計團隊與電源制造商之間進(jìn)行協(xié)調。