KA_IX

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接口电路和电源电路的滤波设计思路

2021-6-9 12:04:32 显示全部楼层
一、滤波电路的基本概念
滤波电路是由电感、电容、电阻、铁氧体磁珠和共模线圈构成的频率选择性网络,低通滤波器是电磁兼容抑制技术中普遍应用的滤波器。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”。
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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。
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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:
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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。
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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:
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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:
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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:
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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。
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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。后面还会继续出相应系列,记得点赞、关注、转发,您们的支持就是小编强大的动力。


来源:韬略科技EMC

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