电源噪声干扰情况原因分析及消噪方法解决

图 1器模型 4.2.2 组合滤波器电路电路
图 3 组合滤波器电路 根据要求插入损耗，可求出滤波电路的ＬＣＭ、ＬＤＭ、Ｃx、Ｃy 的值。如果 单环电路的插入损耗不能满足要求时，应该选择双环电路。 4.2.3 交流三相滤波电路 交流三相滤波电路又分为三相三线制和三相四线制两种。 典型的单环三相三线制滤波电路如图４所示；典型的双环三相三线制滤波电路 如图５所示。
图８直流滤波电路 显然，这是一个共模扼流圈的典型单环滤波电路。根据电路特点，它只适用于 直流输出端对地对称的电源电路。 如果直流输出是非对地对称电路，则只能采用图９所示的电路。该电路为采用 二级差模电感电路。如果插入损耗允许，当然也可采用一级差模电感电路。
图９二级 π 型滤波器 4.2 AC 电网常用 EMI 滤波器 4.2.1 差模滤波电路 由于开关电源的开关频率谐波噪声源阻抗为低阻抗，所以与之相对应的滤波器 输出端应是高阻抗串联大电感ＬＤＭ。 ＡＣ电网火线和零线之间是低阻抗，所以与之对应的滤波器输入端也应是高阻 抗串联大电感ＬＤＭ。如果想再进一步抑制差模噪声，可以在滤波器输入端并 接线间电容ＣＸ１，条件是它的阻抗要比ＡＣ电网火线、零线之间的阻抗还要 低得多。 开关电源工频谐波噪声源阻抗是高阻抗，所以与之相对应的滤波器输出端应是 低阻抗并联大电容ＣＸ２。
可以从持续期很短的尖峰干扰到完全失电之间进行变化。其中也包括电压变化、 频率变化、波形失真、持续噪声或杂波以及瞬变等，电源干扰的类型如下表所 示。[/B] 表 1-1 开关电源外部干扰类型表 序号 干扰类型 典型的起因 1 跌落 雷击；重载接通；电网电压低下 2 失电 恶劣的气候；变压器故障；其他原因的故障 3 频率偏移 发电机不稳定；区域性电网故障 4 电气噪声 雷达；无线电讯号；电力公司和工业设备的飞弧；转换器和逆变器 5 浪涌 突然减轻负载；变压器的抽头不恰当 6 谐波失真 整流；开关负载；开关型电源；调速驱动 7 瞬变 雷击；电源线负载设备切换；功率因素补偿电容切换；空载电动机的断开 在表 1-1 中的几种干扰中，能够通过电源进行传输并造成设备的破坏或影响其工 作的主要是电快速瞬变脉冲群和浪涌冲击波，而静电放电等干扰只要电源设备 本身不产生停振、输出电压跌落等现象，就不会造成因电源引起的对用电设备 的影响。[/B] 三.抑制干扰的一些措施抑制电磁干扰应该从骚扰源、传播途径和受扰设备人手。 首先应该抑制骚扰源，直接消除干扰原因；其次是消除骚扰源和受扰设备之间 的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力， 减低其对噪声的敏感度。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。 3.1 屏蔽采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰，即用电导率良 好的材料对电场进行屏蔽，用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。 3.2 接地所谓接地，就是在两点间建立传导通路，以便将电子设备或元器件连接 到某些叫作“地” 的参考点上。接地是开关电源设备抑制电磁干扰的重要方法， 电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。在电路系统设计中应遵循 “一点接地”的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过 该环路时将产生磁感应噪声。实际上很难实现“一点接地”，因此，为降低接地阻 抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面作为参
图 4-3. EMI 滤波器典型应用
EMI 滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。图 4 中曲线 a 为加 EMI 滤波 器时开关电源上 0.15MHz～30MHz 传导噪声的波形（即电磁干扰峰值包络线）。 曲线 b 是插入如图 3（d）所示 EMI 滤波器后的波形，能将电磁干扰衰减 50dBμV～ 70dBμV。显然，这种 EMI 滤波器的效果更佳。 4.1.4 直流 EMI 滤波器为了抑制开关电源对其电流负载产生共模、差模干扰，开 关电源直流输出端往往使用直流ＥＭＩ滤波器，它的典型电路如图８所示。
考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降， 可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中，应分别 将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后，再连接到公共参考点上。 3.3 滤波滤波是抑制传导干扰的有效方法，在设备或系统的电磁兼容设计中具有 极其重要的作用。EMI 滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，可以抑制 来自电网的干扰对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈 的干扰。在滤波电路中，还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容器、三端电 容器、铁氧体磁环，它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器， 并正确地安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。 四.电磁干扰滤波器 电磁干扰滤波器也称为 EMI 滤波器，它对串模、共模干扰都起到抑制作用，能 有效地抑制电网噪声，提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性，可广泛用 于电子测量仪器、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。4.1 直流电网 电磁干扰滤波器 4.1.1 类型
图 4-2.两级复式 EMI 滤波器电路 两级复式 EMI 滤波器电路效果比图一效果更佳。 4.1.3 EMI 滤波器在开关电源中的应用为减小体积、降低成本，单片开关电源一 般采用简易式单级 EMI 滤波器，典型电路图 4-3 所示。图（a）与图（b）中的电 容器 C 能滤除串模干扰，区别仅是图（a）将 C 接在输入端，图（b）则接到输 出端。图（c）、（d）所示电路较复杂，抑制干扰的效果更佳。图（c）中的 L、 C1 和 C2 用来滤除共模干扰，C3 和 C4 滤除串模干扰。R 为泄放电阻，可将 C3 上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性；断电后还能使电源的 进线端 L、N 不带电，保证使用的安全性。图（d）则是把共模干扰滤波电容 C3 和 C4 接在输出端。
4.1.2 基本电路
图 4-1：简易式单级 EMI 滤波器电路 在图 4-1 中，该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳
应接通大地。电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感）L、滤波电容 C1～C4。L 对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同， 经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通 过，故称作共模扼流圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁 环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。需要指出，当额定 电流较大时，共模扼流圈的线径也要相应增大，以便能承受较大的电流。此外， 适当增加电感量，可改善低频衰减特性。C1 和 C2 采用薄膜电容器，容量范围大 致是 0.01μF～0.47μF,主要用来滤除串模干扰。C3 和 C4 跨接在输出端，并将电容 器的中点接地，能有效地抑制共模干扰。C3 和 C4 亦可并联在输入端，仍选用陶 瓷电容，容量范围是 2200pF～0.1μF。为减小漏电流，电容量不得超过 0.1μF， 并且电容器中点应与大地接通。C1～C4 的耐压值均为 630VDC 或 250VAC。
和单相电路完全一样。 典型单环有差模电感的三相三线制滤波电路如图６所示。大家可以和单环有差 模电感的单相滤波电路相比较。 典型的单环三相四线制滤波电路如图７所示。
图６单环有差模电感三相三线制滤波电路
图７单环三相四线制滤波电路 比较三相中的每一相电路即每相对中线电路和单相电路，同样差模电路三相的 输出端有Ｃx 电容。对地的共模电路三相采用 π 型电路，但区别的是Ｃy 电容对 每相来讲是公用的。 4.3 选择滤波器的注意点 2 明确工作频率和所要抑制的干扰频率，如两者非常 接近，则需要应用频率特性非常陡峭的滤波器，才能把两种频率分开； 2 保证滤波器在高压情况下能够可靠地工作； 2 滤波器连续通以最大额定电流时，其温升要低，以保证在该额定电流连续工 作时，不破坏滤波器中元件的工作性能； 2 为使工作时的滤波器频率特性与设计值相符合，要求与它连接的信号源阻抗 和负载阻抗的数值等于设计时的规定值： 2 滤波器必须具有屏蔽结构，屏蔽箱盖和本体要有良好的电接触，滤波器的电 容引线应尽量短，最好选用短引线低电感的穿心电容； 2 要有较高的工作可靠性，因为作防护电磁干扰用的滤波器，其故障往往比其 他元器件的故障更难找。 4.4 安装滤波器的注意点 2 电源线路滤波器应安装在离设备电源人口尽量靠近 的地方，不要让未经过滤波器的电源线在设备框内迂回； 2 滤波器中的电容器引线应尽可能短，以免因引线感抗和容抗在较低频率上谐 振；滤波器的接地导线上有很大的短路电流通过，会引起附加的电磁辐射，故 应对滤波器元件本身进行良好的屏蔽和接地处理； 2 滤波器的输人和输出线不能交叉，否则会因滤波器的输入和输出电容耦合通 路引起串扰，从而降低滤波特性，通常的办法是输入和输出端之间加隔板或屏 蔽层。 2 滤波器的接地点应和设备机壳的接地点取得一致，并尽量缩短滤波器的接地 线。若接地点不在一处，那么滤波器的泄漏电流和噪声电流在流经两接地点的 途径时，会将噪声引入设备内的其他部分。其次，滤波器的接地线会引入感抗， 它能导致滤波器高频衰减特性的变坏。金属外壳的滤波器不能直接接地或使用 塑封外壳滤波器时，它与设备机壳的接地线应可能的短。
电源噪声干扰情况原因分析及消噪方法解决
电源干扰 一.电源噪声的基本概念电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为 10kHz～30MHz，最高可达 150MHz。电源噪声，特别是瞬态噪声干扰，其上升 速度快、持续时间短、电压振幅度高、随机性强，对微机和数字电路易产生严 重干扰。 根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类： ①. 一类是从电源进线引入的外界干扰; ②. 一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。 从形成特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。 ①. 串模干扰是两条电源线之间（简称线对线）的噪声。 ②. 共模干扰则是两条电源线对大地（简称线对地）的噪声。 二.开关电源的干扰开关电源属于强干扰源，其本身产生[/url]的干扰直接危害着 电子设备的正常工作。因此，抑制开关电源本身的电磁噪声，同时提高其对电 磁干扰的抗扰性，在设计和开发过程中需要特别的关注。 开关电源的干扰一般分为两大类：一是开关电源内部元器件形成的干扰；二是 由于外界因素影响而使开关电源产生的干扰。 2.1 内部元器件干扰开关电源产生的 EMI 主要是由基本整流器产生的高次谐波 电流干扰和功率变换电路产生的尖峰电压干扰。 ①．基本整流器的整流过程是产生 EMI 最常见的原因。这是因为工频交流正弦 波通过整流后不再是单一频率的电流，而变成一直流分量和一系列频率不同的 谐波分量，谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰，使 前端电流发生畸变，一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变，另一 方面通过电源线产生射频干扰。 ②．功率变换电路是开关稳压电源的核心。产生这种脉冲干扰的主要元件为： a.开关管。开关管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容，当开关 管流过大的脉冲电流(大体上是矩形波)时，该波形含有许多高频成份；同时，开 关电源使用的器件参数如开关功率管的存储时间，输出级的大电流，开关整流 二极管的反向恢复时间，会造成回路瞬间短路，产生很大短路电流，另外，开 关管的负载是高频变压器或储能电感，在开关管导通的瞬间，变压器初级出现 很大的涌流，造成尖峰噪声。 b.高频变压器。 开关电源中的变压器，用作隔离和变压，但由于漏感的原 2 因， 会产生电磁感应噪声；同时，在高频状况下变压器层间的分布电容会将一次侧 高次谐波噪声传递给次级，而变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通路， 使变压器周围产生的电磁场更容易在其他引线上耦合[/url]形成噪声。[/B] c.整流二极管。整流二极管二次侧整流二极管用作高频整流时，由于反向恢复时 间的因素，往往正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除(因载流子 的存在，还有电流流过)。一旦这个反向电流恢复时的斜率过大，流过线圈的电 感就产生了尖峰电压，在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强的高 频干扰，其频率可达几十 MHz。[/B] d.电容、电感器和导线。开关电源由于工作在较高频率，会使低频元件特性发生 变化，由此产生噪声。[/B] 2.2 外部干扰[/B]开关电源外部干扰可以以“共模”或“差模”方式存在。干扰类型