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技術(shù)專題
電路設(shè)計(jì)之外部電源的EMI解決方案
電源電路設(shè)計(jì)者對(duì)電源進(jìn)行了隔離測(cè)試，并且在測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，輻射和傳導(dǎo)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(tǒng)和系統(tǒng)負(fù)載納入有關(guān)傳導(dǎo)和輻射發(fā)射的法規(guī)遵從性。
一、傳導(dǎo)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(hào)，電源和信號(hào)。不幸的是，電源和數(shù)據(jù)信號(hào)中的電壓躍遷會(huì)引起電子產(chǎn)品中的第二種信號(hào)：噪音。監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)允許在系統(tǒng)外部傳播的噪聲信號(hào)的級(jí)別進(jìn)行了限制。關(guān)于電子發(fā)射的兩個(gè)更常見的法規(guī)是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)FCC和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN55022。噪聲的主要傳播方式取決于噪聲的頻帶。
大多數(shù)低頻電磁噪聲是通過(guò)傳導(dǎo)傳播的。出于監(jiān)管問(wèn)題的目的，“低頻”電磁信號(hào)的范圍被認(rèn)為是150 kHz至30 MHz。系統(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)體通常太短而無(wú)法在該頻率范圍內(nèi)用作有效天線，因此輻射并不是主要問(wèn)題。在該頻帶內(nèi)，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(hào)可以沿導(dǎo)體傳播而不會(huì)產(chǎn)生明顯的衰減。對(duì)于高頻電磁信號(hào)（30 MHz及以上），與導(dǎo)體相關(guān)的寄生阻抗會(huì)對(duì)傳導(dǎo)信號(hào)產(chǎn)生明顯的衰減。然而，
(傳導(dǎo)和輻射發(fā)射所關(guān)注的頻段)
二、濾波器解決傳導(dǎo)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輸入電源線傳導(dǎo)出去的情況。內(nèi)部PCB旨在容納這些組件，并且在安裝了組件的情況下執(zhí)行了法規(guī)安全性測(cè)試。一旦電路設(shè)計(jì)和測(cè)試活動(dòng)完成，為滿足客戶需求而對(duì)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(dǎo)發(fā)射濾波器)
外部電源中的DC輸出電路使用內(nèi)部并聯(lián)電容器來(lái)衰減電源輸出上的AC信號(hào)。一些電路設(shè)計(jì)可能還包括串聯(lián)電感器，以提供AC信號(hào)的附加衰減。但是，在最終的輻射測(cè)試中，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部過(guò)濾不足以滿足EMI的法規(guī)要求。直流輸出電纜不進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射，但可以用作輻射發(fā)射的合理天線。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(hào)的傳播，而電阻性阻抗會(huì)耗散一些與不良信號(hào)相關(guān)的能量。磁珠的選擇應(yīng)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(tǒng)測(cè)試期間添加了鐵氧體磁珠濾波器
電源電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)電源進(jìn)行了隔離測(cè)試，以滿足傳導(dǎo)和輻射發(fā)射要求。但是，將電源添加到完整的系統(tǒng)后，系統(tǒng)可能無(wú)法通過(guò)類似的輻射測(cè)試。整個(gè)系統(tǒng)故障的常見原因之一是系統(tǒng)負(fù)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(cè)試系統(tǒng)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(yīng)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(cè)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(hào)，然后再將它們沿著電纜從系統(tǒng)負(fù)載傳輸?shù)诫娫础Ｍǔ＃瑢㈦娎|的兩匝穿過(guò)鐵氧體磁珠。磁珠提供的阻抗與匝數(shù)平方成正比；兩匝的阻抗是單匝的四倍。當(dāng)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(hào)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(qǐng)選擇規(guī)格與測(cè)試中使用的磁珠相當(dāng)?shù)姆欠至谚F氧體磁珠。生產(chǎn)中使用的鐵氧體磁珠的供應(yīng)商可能不同于測(cè)試中使用的磁珠的供應(yīng)商。
5、用鐵氧體磁珠構(gòu)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(cè)試系統(tǒng)和外部電源。此重新測(cè)試可確保電源，生產(chǎn)的鐵氧體磁珠和系統(tǒng)的組合滿足排放要求。
摘要：當(dāng)電源和系統(tǒng)負(fù)載結(jié)合在一起時(shí)，電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)有時(shí)會(huì)遇到整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法滿足傳導(dǎo)和輻射發(fā)射要求的問(wèn)題。通常，在計(jì)劃時(shí)間和資源成本上，更改電源或系統(tǒng)負(fù)載的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)有電感性和電阻性阻抗組件）可用于使整個(gè)系統(tǒng)滿足傳導(dǎo)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(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與電源制造商之間進(jìn)行協(xié)調(diào)。