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技術(shù)專題
電路設(shè)計之外部電源的EMI解決方案
電源電路設(shè)計者對電源進行了隔離測試，并且在測試整個系統(tǒng)時，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，電源和信號。不幸的是，電源和數(shù)據(jù)信號中的電壓躍遷會引起電子產(chǎn)品中的第二種信號：噪音。監(jiān)管機構(gòu)對允許在系統(tǒng)外部傳播的噪聲信號的級別進行了限制。關(guān)于電子發(fā)射的兩個更常見的法規(guī)是美國標(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傳導(dǎo)傳播的。出于監(jiān)管問題的目的，“低頻”電磁信號的范圍被認為是150 kHz至30 MHz。系統(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)體通常太短而無法在該頻率范圍內(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，使得信號可以沿導(dǎo)體傳播而不會產(chǎn)生明顯的衰減。對于高頻電磁信號（30 MHz及以上），與導(dǎo)體相關(guān)的寄生阻抗會對傳導(dǎo)信號產(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)安全性測試。一旦電路設(shè)計和測試活動完成，為滿足客戶需求而對輸入過濾器元件進行的更改通常會非常麻煩。
(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)電容器來衰減電源輸出上的AC信號。一些電路設(shè)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，可能會發(fā)現(xiàn)內(nèi)部過濾不足以滿足EMI的法規(guī)要求。直流輸出電纜不進行傳導(dǎo)發(fā)射，但可以用作輻射發(fā)射的合理天線。解決過度輻射問題的一種解決方案是在直流輸出電纜上增加一個外部鐵氧體磁珠，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。無功阻抗有助于阻止不良信號的傳播，而電阻性阻抗會耗散一些與不良信號相關(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化模型)
(鐵氧體磁珠用于EMI抑制的XRZ圖)
二、在系統(tǒng)測試期間添加了鐵氧體磁珠濾波器
電源電路設(shè)計團隊對電源進行了隔離測試，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)可能無法通過類似的輻射測試。整個系統(tǒng)故障的常見原因之一是系統(tǒng)負載產(chǎn)生的噪聲，該噪聲通過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渡到生產(chǎn)
1、測試系統(tǒng)和外部電源，以確定是否存在發(fā)生過度發(fā)射的頻率。
2、選擇一個鐵氧體磁珠，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，而無需直流輸出連接器穿過鐵氧體磁珠中的孔。
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，然后再將它們沿著電纜從系統(tǒng)負載傳輸?shù)诫娫?。通常，將電纜的兩匝穿過鐵氧體磁珠。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)實施多于兩匝時，每匝的串聯(lián)阻抗會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磁珠產(chǎn)生的串聯(lián)阻抗。通過寄生電容分流不希望的信號會使鐵氧體磁珠的效率降低到比僅采用兩匝時低的程度。
4、如果要進行批量生產(chǎn)，請選擇規(guī)格與測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，測試系統(tǒng)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(tǒng)的組合滿足排放要求。
摘要：當(dāng)電源和系統(tǒng)負載結(jié)合在一起時，電路設(shè)計團隊有時會遇到整個系統(tǒng)無法滿足傳導(dǎo)和輻射發(fā)射要求的問題。通常，在計劃時間和資源成本上，更改電源或系統(tǒng)負載的設(shè)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(shè)計有電感性和電阻性阻抗組件）可用于使整個系統(tǒng)滿足傳導(dǎo)和輻射發(fā)射要求。選擇合適的磁珠是一個多步驟的過程，可能需要系統(tǒng)設(shè)計團隊與電源制造商之間進行協(xié)調(diào)。