對(duì)于交流電源供電的設(shè)備，通常的做法是使用集成到連接器或作為底盤(pán)安裝部件安裝的模塊化交流線路濾波器，特別是在工業(yè)、醫(yī)療保健和 ITE 等專業(yè)環(huán)境中。該設(shè)備通常包括嵌入式交流-直流轉(zhuǎn)換器或電源，也可能安裝在底盤(pán)上，有時(shí)也可能安裝在機(jī)架或 PCB 上。在每種情況下，電源作為獨(dú)立部件始終會(huì)滿足輻射的法定要求，通常是針對(duì)傳導(dǎo)和輻射干擾的 EN55011/EN55032。但額外的過(guò)濾可能仍然是必要的。

經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)備設(shè)計(jì)人員早就知道，僅使用兼容組件并不能保證最終產(chǎn)品“通過(guò)” EMC 合規(guī)性。原因是多種多樣的。例如，設(shè)備 AC-DC 轉(zhuǎn)換器的一致性測(cè)試是在假設(shè)的 AC 線路阻抗、輸出負(fù)載、電纜長(zhǎng)度和布線以及部件相對(duì)于地面的位置等非常具體的條件下進(jìn)行的。當(dāng)使用內(nèi)部安裝的 AC-DC 轉(zhuǎn)換器對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所有這些條件都會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致不同的且通常更差的傳導(dǎo) EMI 特征。來(lái)自其他組件的輻射 EMI 也可能在電源線上被拾取，從而增加傳導(dǎo)水平。

模塊化濾波器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) EMI 合規(guī)性

外部模塊化過(guò)濾器可以作為解決方案，但有數(shù)百種過(guò)濾器可供選擇，哪一個(gè)是最佳選擇?我們首先看一下典型商用濾波器的內(nèi)部電路，并考慮每個(gè)組件的作用(圖 1)。

圖 1這個(gè)典型的模塊化 EMI 濾波器使用 CX 電容器來(lái)衰減差模噪聲，并使用電感器-電容器組合來(lái)降低共模噪聲。

電容器 CX 可衰減由轉(zhuǎn)換器內(nèi)電流快速變化產(chǎn)生的從線路到中性點(diǎn)出現(xiàn)的差模噪聲、信號(hào)和尖峰。電容器因其承受交流線路電壓瞬變的能力而被評(píng)定為 X1、X2 或 X3。電感器 L 是共?；螂娏餮a(bǔ)償扼流圈，具有如圖所示的兩個(gè)定相繞組。共模噪聲是由轉(zhuǎn)換器內(nèi)電壓的快速變化產(chǎn)生的，從線路和中性點(diǎn)到地，將扼流圈視為高阻抗，每個(gè) CY 電容器將噪聲電流轉(zhuǎn)移到地。通過(guò)扼流圈上兩個(gè)繞組的正常運(yùn)行電流會(huì)導(dǎo)致磁芯中的磁場(chǎng)抵消，因此可以使用高電感值而不必?fù)?dān)心磁飽和。通常，L 的繞組之間的耦合不太完美，因此會(huì)產(chǎn)生一些漏感，表現(xiàn)為一個(gè)單獨(dú)的串聯(lián)電感，增加了差模衰減。

雖然 CX 可以是實(shí)際限制內(nèi)的任何電容值，但兩個(gè) CY 值受到接地泄漏電流要求的限制。它們有 Y1、Y2、Y3 和 Y4 類型，額定工作電壓和瞬態(tài)電壓逐漸降低。通過(guò) Y 電容器的漏電流是一個(gè)潛在問(wèn)題，因?yàn)樗鼈儤蚪恿税踩琳?火線和中性點(diǎn)到地)。如果設(shè)備金屬件的保護(hù)性接地連接失效，外殼會(huì)通過(guò) Y 電容器“浮動(dòng)”至線路電壓，并可能導(dǎo)致觸電。因此，這些Y電容器值被限制為允許不超過(guò)規(guī)定的電流流過(guò)外殼，該量由用于特定應(yīng)用環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。限制范圍可以從工業(yè)系統(tǒng)中的數(shù)十毫安到心臟浮動(dòng)醫(yī)療保健應(yīng)用中的小于 10μA。

電阻器 R1 是一個(gè)高阻值電阻器，通常為 1M 歐姆，如果突然斷開(kāi)交流電源且無(wú)法依靠負(fù)載排出電荷，則該電阻器可對(duì) CX 進(jìn)行放電，從而在交流連接器引腳上留下潛在的危險(xiǎn)電壓。 ITE 和媒體設(shè)備安全的 IEC 62368-1 等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng) CX > 300nF(納法)時(shí)，R1 應(yīng)在兩秒后將電容器放電至低于 60V，當(dāng) CX < 300nF 時(shí)允許更高的電壓。同樣，對(duì)于只有經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的人員才能訪問(wèn)的設(shè)備，允許的電壓限制更高。

但其他標(biāo)準(zhǔn)有所不同。例如，針對(duì)醫(yī)療設(shè)備的 IEC 60601-1 要求一秒后放電至低于 60V，但如果 CX 低于 100nF，則沒(méi)有要求。 IEC 62368-1 等標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)電阻器提出了要求，如果電阻器安裝在保險(xiǎn)絲之前，則必須承受瞬態(tài)電壓，且電阻偏差不超過(guò) 10%。因此，電阻器 R1 將是高規(guī)格部件。在某些應(yīng)用中，正常條件下 R1 中消耗的功率可能會(huì)限制其遵守機(jī)構(gòu)規(guī)定的待機(jī)或空載損耗限制的機(jī)會(huì)。

在商業(yè)應(yīng)用中，線路中單個(gè)保險(xiǎn)絲是正常的。如果熔絲元件符合標(biāo)準(zhǔn)，就可以放寬下游組件(例如前面提到的 R1)的規(guī)格。某些應(yīng)用(例如醫(yī)療設(shè)備和 II 類 IT)需要熔斷火線和中性線，以防止意外連接反轉(zhuǎn)的可能性。在單個(gè)熔斷器的情況下，連接反轉(zhuǎn)將使帶電線路沒(méi)有熔斷，并在火線與保護(hù)接地發(fā)生短路時(shí)依賴于供電開(kāi)口中的上游熔斷器或斷路器。但這些上游設(shè)備的額定電流值可能很高，以保護(hù)多個(gè)負(fù)載的接線，并且不能保證在設(shè)備故障時(shí)快速打開(kāi)，從而可能引發(fā)火災(zāi)。雙熔斷確實(shí)有缺點(diǎn)，但是，中性線過(guò)流可能會(huì)僅斷開(kāi)中性線保險(xiǎn)絲，使設(shè)備表面上已死亡，但內(nèi)部仍具有帶電連接。

選擇過(guò)濾器

過(guò)濾器的機(jī)械格式是選擇過(guò)程的自然起點(diǎn)。根據(jù)應(yīng)用要求，機(jī)械變型可用作帶螺釘或卡入式安裝的 IEC 入口，并可選擇開(kāi)關(guān)和無(wú)保險(xiǎn)絲、一個(gè)或兩個(gè)保險(xiǎn)絲。 IEC 入口類型的 C14 額定電流為 10A，C20 額定電流為 16A，底盤(pán)安裝部件可提供 20A 及更高電流。底盤(pán)安裝濾波器通常具有 6 面屏蔽并直接固定到導(dǎo)電接地金屬制品上，可提供非常有效的 EMI 衰減。

對(duì)于所有類型，均提供醫(yī)用版本，該版本省略了 Y 電容器，可將漏電流降低至通常最大 5 μA。這種省略必然意味著共模衰減減少，并且可能需要在其他地方進(jìn)行補(bǔ)償，例如通過(guò)級(jí)聯(lián)濾波器。

在給定最低輸入電壓和負(fù)載功率因數(shù)的情況下，可以根據(jù)負(fù)載功率要求輕松計(jì)算濾波器的額定電流需求。例如，濾波器上的負(fù)載在 90 VAC 時(shí)功率因數(shù)為 0.9，功率為 200 W，則消耗的電流為 200 W/ (0.9 x 90 VAC) = 2.47A。在這種情況下，可以選擇3A級(jí)的濾波器。

選擇濾波器所需的衰減最好通過(guò)在未安裝濾波器的情況下測(cè)量系統(tǒng)性能來(lái)完成，然后計(jì)算外部濾波器需要額外的量才能滿足規(guī)格。濾波器數(shù)據(jù)表中的衰減曲線將給出濾波器性能的指示，但請(qǐng)記住，數(shù)據(jù)表性能是在指定的測(cè)試條件下得出的，通常是 50 歐姆源和負(fù)載阻抗。盡管可以使用線路阻抗穩(wěn)定器網(wǎng)絡(luò) (LISN) 來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化交流電源，但應(yīng)用負(fù)載可能與數(shù)據(jù)表的測(cè)試條件有很大不同。

AC-DC電源中與內(nèi)部濾波器級(jí)聯(lián)的濾波器模塊也可能導(dǎo)致意想不到的結(jié)果，發(fā)生潛在的諧振，甚至可能導(dǎo)致臨界頻率下的EMI放大。在 1 MHz 左右，濾波器衰減使發(fā)射降低了預(yù)期的量，但在 10 MHz 及以上，改善情況與預(yù)期不符，這表明模塊化濾波器并未“看到”50 歐姆，因?yàn)樵谶@些頻率處終止。它給出的衰減低于預(yù)期。這一結(jié)果證實(shí)了進(jìn)行實(shí)際測(cè)量以確認(rèn)合規(guī)性的必要性。

盡早實(shí)現(xiàn) EMC 合規(guī)性對(duì)于避免最終產(chǎn)品測(cè)試中出現(xiàn)代價(jià)高昂的失敗至關(guān)重要。然而，解決方案并不是簡(jiǎn)單地在交流入口處使用超大的模塊化濾波器，這會(huì)增加不必要的成本，甚至?xí)m得其反，產(chǎn)生意想不到的衰減結(jié)果。相反，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該執(zhí)行測(cè)試并進(jìn)行測(cè)量，以確定其應(yīng)用的實(shí)際濾波器需求。