输出口的滤波影响输入口的传导骚扰【EMC学习】

【现象描述】

某AC/DC开关电源，大致结构如图所示。其右侧为220 V 交流电源输入端，左侧是直流电源输出端， 两侧通过1m 以上长度的电源线连接。

该电流交流电源输入端口的传导骚扰测试结果频谱图不能通过CLASSB 限值的要求 。

【原因分析】

通过LISN中电流的大小直接影响测试结果的大小，要使被测设备得到较小的测试值，就必须控制流过LISN中的电流。

开关电源主要的电磁骚扰源是开关器件、二极管和非线性无源元件。开关电路产生的电磁骚扰是开关电源的主要骚扰源之一。

开关电路是开关电源的核心，主要由开关管和高频变压器组成。它产生的 dv/dt 是具有较大幅度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。

这种脉冲骚扰产生的主要原因是：

(1) 开关管负载为高频变压器初级线圈，是感性负载。在开关管导通瞬间，初级线圈产生很大的涌流，并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压；在开关管断开瞬间，由于初级线圈的漏磁通，致使一部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈，储藏在电感中的这部分能量将与集电极电路中的电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡，叠加在关断电压上，形成关断电压尖峰。这种电源电压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击电流瞬变。这个噪声会传导到输入、输出端形成传导骚扰，重者有可能击穿开关管。

(2) 脉冲变压器初级线圈、开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路可能会产生较大的空间辐射，形成辐射骚扰。如果电容滤波容量不足或高频特性不好，则电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式传导到交流电源中形成传导骚扰，再通过耦合的方式转化为共模的传导骚扰。

另外，整流二极管与续流二极管电路产生的电磁骚扰也不容忽视。虽然在主电路中，整流二极管产生的反向恢复电流的l di/dt I 远比续流二极管反向恢复电流的l di/dt I小得多，但是作为电磁骚扰源来研究，整流二极管反向恢复电流形成的骚扰强度已经足够大，且频带宽。还有，整流二极管产生的电压跳变也远小于电源中的功率开关管导通和关断时产生的电压跳变。

本案例产品的电源部分电路原理图如图中，续流二极管已有RC抑制电路。开关管两端由于考虑到效率问题没有采用RC电路。变压器也没有采用屏蔽设计。在实际测试中发现，改变或增加电源输人端口的滤波器件对测试结果基本没有影响，而只要在输出口上串联一只 150 µH 以上的电 感就能使测试通过。

结合传导骚扰的测试原理与开关电源中共模骚扰传输、耦合的原理，开关电源的电源输出部分（包括输出电源线）也对输入端口的传导骚扰有很重要的影响。

由于变压器初、次级线圈间的寄生电容（未屏蔽的中等功率电源变压器的初、次级间电容大约为100- 1000 pF) 及输出电源线与参考地之间寄生电容 C2 的存在（每米50 pF) ，给传导骚扰一个传输的通道。因此通过输出电源线与参考地之间寄生电容C2 传输的骚扰也将通过LISN, 即对测试结果产生影响。测试中，在输出端口上串联的共模电感抑制了通向 C2 的共模骚扰电流，从而减小了测试值。

进一步分析可以发现，在这种情况下，输出端口与 “0 V” 之间增加一个大小合适的电容 C3 可以旁路一部分骚扰，使骚扰流向 “0 V” , 从而减小流过C2 的骚扰电流，也就是减小流过LISN 的电流。使用带有屏蔽层的变压器对抑制主开关管产生的共模骚扰也有帮助（对续流二极管产生的骚扰几乎没有影响）。

通过以上分析可见，对于开关电源来说，其输出口滤波对输入口传导骚扰结果有很大的影响。

【处理措施】

(1) 在电源的输出端口上串联一个150 µH 的共模电感。

(2 ) 在输出端口与“0V” 之间跨接一个值为 2.2 nF 的电容，也可以使测试通过。

(3 ) 在此案例的对策测试中，由于无法当场绕制带屏蔽的变压器，所以没有尝试，但从问题的分析看也有可能对测试结果产生较积极的影响。加共模电感的方法仅作为解决此问题的一种参考方式。

【思考与启示】

(1) 在开关电源的设计中，如果由于某些原因不能使变压器屏蔽，且骚扰源（开关器件）抑制也做得不是很好的情况下，建议加强输出通道的滤波。

(2) 对于传导骚扰问题的分析与定位中经常会有一种误解：既然是电源输入端口传导骚扰通不过，那应该从电源入口着手解决，与电源的输出端口无关。看来问题并不是想像中的那样， 分析EMC 问题要从整体的角度去考虑，特别是在频率较高的场合，耦合通道千变万化，系统分析才能找到问题的根源。

注：以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》