1.4 差模传导电磁干扰噪声分析

现在我们讲第四小节

也就是说差模传导电磁干扰

噪声的一个分析

首先我们举一个反激电路的一个例子

这是一个反激电路

那么这是开关

那么前面呢我这边增加了一个 LISN

LISN 的简化的一个网络

因为对于 EMI 来说

没有 LISN 就没有 EMI 的概念

所以 EMI 实际上就是 LISN 上

这个50欧电阻上

所表现出来的电压就是我们的噪声

所以一定要有一个 LISN 在里面

那么这个是反激电路的工作波形

当开关闭合的时候

那么输入电压

就使得我的激磁电感那个电流上升

这时候副边二极管截止

副边没有电流

过了一个占空比开关打开

这时候原边的电压被切断

所以它的电压变成零

但是呢原边在激磁电感上面

所储存的电流呢

就会通过变压器反激到副边来

所以呢在副边产生电流

所以这是副边的电流波形

那么由于原边有纹波

副边也有纹波

那么这个就是我们讲

产生差模干扰的差模噪声的基本的来源

那由于存在着输入的母线电容

所以大部分的差模分量

被母线电容所吸收

或者说纹波电流被母线电容所吸收

那么只有一小部分

纹波部分量通过跑过了这个母线电容

那么到达了我的 LISN 的阻抗上面来

那么这个部分电压呢就被检测出来

就是我们的差模噪声

所以呢这是原边差模噪声的传输路径

这是噪声源在这里

那么大部分通过电容跑掉了

那么还有一部分呢

就通过整流桥跑到我的 LISN 上面来了

那么在这个电路里面呢

我们一般在 EMI 分析时候呢

会考虑到几类地

第一类是大地

也就是说电网的大地叫做 G

或者说 GND 这个大地

还一个呢是原边的电位静点

因为这上面是母线

所以这个电位呢它对我高频来说它是

对我低频来说它是不动的

这点电位是恒定的

那么原边有电位静点

副边也有电位静点

它这里也是母线电容

它也有母线电位静点

那么这两叫做电位的静点

就是原边电位静点 副边电位静点

那么同样副边的电流

这个纹波这个这个锯齿波电流

它也会被我的副边的输出电容

直流电容所滤除

那么只有一小部分跑到我的负载去

那就形成了输出的差模噪声干扰

那么除了该讲的这个静点以外

还有个动点的概念

由于这是开关

开关闭合电位是零

开关打开电位变成高电位

所以呢这点的电位呢是在不断的变化的

基本呈现一个方波的

或者说 PWM 波的一个电压波形 它在变化

那么同样副边也一样

副边二极管导通

二极管截止这个电位呢也不一样

所以呢它也在变化

所以说这条电流的大小

我们就可以用一个简单的一个电路

把它简化出来

这一点跟地之间它们有一个电位

有个电位差叫做V（t）

那么这里呢有一个阻抗

我们叫 LM 或者说

整个交流回路的一个阻抗叫做 Zm

那么这里呢有一个母线电容

这个母线电流 Cbus

那么这里呢由于回路是 50 欧

再加上 50 欧

所以呢它呈现出一百欧的

一个 LISN 的阻抗

那么这个电路呢对差模来说

对原边的差模来说

就形成了这样一个简单的电路

那么这里面的关键参数呢就是电压

就是我的噪声源跟电感的阻抗

那由于这个电压它是属于方波

它有上升沿有下降

也有占空比

甚至还有很多的电压的尖峰

所以呢它具有丰富的高频的分量

比如说这是一个频率变化

这是它的频率的一个频谱分布

所以它就有很高的频率分量

那么这个呢就形成了我的差模噪声

可能低频分量

很多被我的母线电容所滤出

但是呢高频分量呢

就串到我的输入端给我的负载区

那就形成了差模噪声

那么我们再来看一看 PFC 电路

那么 PFC 电路呢

它是通过控制开关的占空比

来实现电压跟电流的同相位

就是工频电压这个同相位

所以呢它就不能有电容

如果它有电容的话

他就做不到这个 PFC 的效果

那就不能有电容

它原理也是一样的

开关闭合那么给电感充电电流上升

开关一打开

这个电感的能量呢向输出供电

电流就下降

所以呢它的电流波形也是有锯齿

也是有一种锯齿波的

所以呢我们也可以把它

等效为一个电压源

开关两端电压等效为电压源

然后呢 PFC 就把它等效为一个阻抗

因为它不是一个完整的纯粹的电感

它可能会有分布电容

会有电阻等等

反正就等效为一个阻抗

那么同样 LISN

也是一百欧的一个等效阻抗

所以呢就变成这样一个电路

但这个跟前面的不同在哪里呢

反激电路如果他前面不带 PFC 的话

那么它有一个母线电容

大部分的纹波的噪声

会被母线电容所滤除

但是对 PFC 就不一样

它不能有电容

它不能有电容

所以说呢它的噪声就会比较大

是这样的一个道理

那么他同样因为 PFC 电路是不隔离的

所以我们同样有一个电位静点

有一个电位动点

只不过我们没有分成原边跟副边而已

对反激呢我们要分成原边跟副边

那么从这边我们就能看到

不管你是 Flyback 电路

或者说是正激电路

它都有个母线电容

都有一个母线电容

那么它都可以等效为这样的一个电路出来

那这是 LISN 的一百欧阻抗

看这是母线电容

这是电源的等效电感

这是开关两端的电压

那这里面呢这三个参数

就是主要参数了

就是 Vds Lm 或者 Lpfc 和 Cb

对于这个 PFC 电路呢

它就没有这个母线电容了

那就没有这个 Cb 差别就在这里

所以很简单

差模的噪声它基本上就是由

这个电流的电感 电流的纹波来构成的

输入纹波就到了我的电网

输出纹波就到了影响了我的负载

那么我们来看一看电感器

它的一个高频特性

对于开关电源的开关频率来说

电感在这个频率

比如说在一百开关频率

如果是 100K 或者是 300K 或者说 50K

在这样比较低的频率下

那么我们电感器呢

它基本上就是一个电感器

它就是一个比较理想的一个电感

就是在这个比较低的频率下

它就是一个电感

随着频率的增大

我的阻抗呢在增大

但是如果我在高频下面

那么因为我们的 EMI 涉及的是

传导 EMI 涉及的是 150K 到 30M

这么大的一个频率范围

那么在频率比较高的时候

它由于存在着分布电容

由于绕组间存在的分布电容

所以呢它就会出现谐振

那么这一点呢

就是电感跟电容发生的一个谐振点

那如果在往上频率

它就呈现出更复杂的一个阻抗特性了

所以说我们讲一个电感器

它是一个电感

只能说在某一个频段下它是一个电感

当我的频率范围提高了

在 EMI 的频段上

它就不见得是一个电感

所以它的参数呢就变得非常复杂

那我们现在看到的有几类电感

一类是铁氧体的电感

那么铁氧体呢

由于我的铁芯的磁导率比较低

所以我的匝数呢往往要比较多

它的电容呢也会往往就是分布电容

往往也会比较大

那么非晶的铁芯

它的饱和磁密比较高

还得到了一点几个特斯拉

它的匝数呢会比较小

但是呢这种铜箔似的绕组

由于铜箔的面积很大

所以呢它的箔绕的电容呢也比较大

那如果我的非晶采用的是立绕的

那么它的面积呢

就导线的面积比较小

匝数呢相对来说也会少一点

所以立绕电容呢会比较小一点

那如果对磁粉芯

它的饱和磁密也比较高

大大高于这个铁氧体

它的匝数呢也比较少

所以要尽量采用单层的电容

因为如果单层绕组

它们层间就不存在电容了

因为它只有单层嘛

所以说呢电容要尽量的小

那么对于这种电容呢

这种电感呢它里面采用的是磁粉芯

那么绕组呢采用的是环形的立绕

那么这时候由于匝间的距离很大

所以它的电容呢就非常小

所以这种这个电容它可以通过它的电流

但是呢它的绕组的电容又比较小

它就具有比较好的一个高频特性

那不管怎么样

反正对于一个电感来说

我们如果分析它的 EMI 特性的话

那么就要看它的高频的一个参数

那比如说对于这个例子

它有三个谐振点

那么这个谐振点

就由这 个L1 跟 EPC1

来构成一个并联谐振

这个谐振点它也属于这个并联谐振

也是高阻的并联谐振

那么它就由 L2 跟 EPC2 来构成的

它的一个并联谐振

那除这两个以外

还有一个串联谐振点

它就是这个阻抗

跟这个阻抗之间会产生串联谐振

那么就有一个阻抗的最低点就是串联阻抗

所以说呢这个电感的分布电容

对我们高频阻抗特性有很大的影响

那么从而影响我的高频的差模噪声

这就很明显

所以我这边专门讲了这个电感器的问题

那么这一节说到这里

现在我们讲第四小节

也就是说差模传导电磁干扰

噪声的一个分析

首先我们举一个反激电路的一个例子

这是一个反激电路

那么这是开关

那么前面呢我这边增加了一个 LISN

LISN 的简化的一个网络

因为对于 EMI 来说

没有 LISN 就没有 EMI 的概念

所以 EMI 实际上就是 LISN 上

这个50欧电阻上

所表现出来的电压就是我们的噪声

所以一定要有一个 LISN 在里面

那么这个是反激电路的工作波形

当开关闭合的时候

那么输入电压

就使得我的激磁电感那个电流上升

这时候副边二极管截止

副边没有电流

过了一个占空比开关打开

这时候原边的电压被切断

所以它的电压变成零

但是呢原边在激磁电感上面

所储存的电流呢

就会通过变压器反激到副边来

所以呢在副边产生电流

所以这是副边的电流波形

那么由于原边有纹波

副边也有纹波

那么这个就是我们讲

产生差模干扰的差模噪声的基本的来源

那由于存在着输入的母线电容

所以大部分的差模分量

被母线电容所吸收

或者说纹波电流被母线电容所吸收

那么只有一小部分

纹波部分量通过跑过了这个母线电容

那么到达了我的 LISN 的阻抗上面来

那么这个部分电压呢就被检测出来

就是我们的差模噪声

所以呢这是原边差模噪声的传输路径

这是噪声源在这里

那么大部分通过电容跑掉了

那么还有一部分呢

就通过整流桥跑到我的 LISN 上面来了

那么在这个电路里面呢

我们一般在 EMI 分析时候呢

会考虑到几类地

第一类是大地

也就是说电网的大地叫做 G

或者说 GND 这个大地

还一个呢是原边的电位静点

因为这上面是母线

所以这个电位呢它对我高频来说它是

对我低频来说它是不动的

这点电位是恒定的

那么原边有电位静点

副边也有电位静点

它这里也是母线电容

它也有母线电位静点

那么这两叫做电位的静点

就是原边电位静点 副边电位静点

那么同样副边的电流

这个纹波这个这个锯齿波电流

它也会被我的副边的输出电容

直流电容所滤除

那么只有一小部分跑到我的负载去

那就形成了输出的差模噪声干扰

那么除了该讲的这个静点以外

还有个动点的概念

由于这是开关

开关闭合电位是零

开关打开电位变成高电位

所以呢这点的电位呢是在不断的变化的

基本呈现一个方波的

或者说 PWM 波的一个电压波形 它在变化

那么同样副边也一样

副边二极管导通

二极管截止这个电位呢也不一样

所以呢它也在变化

所以说这条电流的大小

我们就可以用一个简单的一个电路

把它简化出来

这一点跟地之间它们有一个电位

有个电位差叫做V（t）

那么这里呢有一个阻抗

我们叫 LM 或者说

整个交流回路的一个阻抗叫做 Zm

那么这里呢有一个母线电容

这个母线电流 Cbus

那么这里呢由于回路是 50 欧

再加上 50 欧

所以呢它呈现出一百欧的

一个 LISN 的阻抗

那么这个电路呢对差模来说

对原边的差模来说

就形成了这样一个简单的电路

那么这里面的关键参数呢就是电压

就是我的噪声源跟电感的阻抗

那由于这个电压它是属于方波

它有上升沿有下降

也有占空比

甚至还有很多的电压的尖峰

所以呢它具有丰富的高频的分量

比如说这是一个频率变化

这是它的频率的一个频谱分布

所以它就有很高的频率分量

那么这个呢就形成了我的差模噪声

可能低频分量

很多被我的母线电容所滤出

但是呢高频分量呢

就串到我的输入端给我的负载区

那就形成了差模噪声

那么我们再来看一看 PFC 电路

那么 PFC 电路呢

它是通过控制开关的占空比

来实现电压跟电流的同相位

就是工频电压这个同相位

所以呢它就不能有电容

如果它有电容的话

他就做不到这个 PFC 的效果

那就不能有电容

它原理也是一样的

开关闭合那么给电感充电电流上升

开关一打开

这个电感的能量呢向输出供电

电流就下降

所以呢它的电流波形也是有锯齿

也是有一种锯齿波的

所以呢我们也可以把它

等效为一个电压源

开关两端电压等效为电压源

然后呢 PFC 就把它等效为一个阻抗

因为它不是一个完整的纯粹的电感

它可能会有分布电容

会有电阻等等

反正就等效为一个阻抗

那么同样 LISN

也是一百欧的一个等效阻抗

所以呢就变成这样一个电路

但这个跟前面的不同在哪里呢

反激电路如果他前面不带 PFC 的话

那么它有一个母线电容

大部分的纹波的噪声

会被母线电容所滤除

但是对 PFC 就不一样

它不能有电容

它不能有电容

所以说呢它的噪声就会比较大

是这样的一个道理

那么他同样因为 PFC 电路是不隔离的

所以我们同样有一个电位静点

有一个电位动点

只不过我们没有分成原边跟副边而已

对反激呢我们要分成原边跟副边

那么从这边我们就能看到

不管你是 Flyback 电路

或者说是正激电路

它都有个母线电容

都有一个母线电容

那么它都可以等效为这样的一个电路出来

那这是 LISN 的一百欧阻抗

看这是母线电容

这是电源的等效电感

这是开关两端的电压

那这里面呢这三个参数

就是主要参数了

就是 Vds Lm 或者 Lpfc 和 Cb

对于这个 PFC 电路呢

它就没有这个母线电容了

那就没有这个 Cb 差别就在这里

所以很简单

差模的噪声它基本上就是由

这个电流的电感 电流的纹波来构成的

输入纹波就到了我的电网

输出纹波就到了影响了我的负载

那么我们来看一看电感器

它的一个高频特性

对于开关电源的开关频率来说

电感在这个频率

比如说在一百开关频率

如果是 100K 或者是 300K 或者说 50K

在这样比较低的频率下

那么我们电感器呢

它基本上就是一个电感器

它就是一个比较理想的一个电感

就是在这个比较低的频率下

它就是一个电感

随着频率的增大

我的阻抗呢在增大

但是如果我在高频下面

那么因为我们的 EMI 涉及的是

传导 EMI 涉及的是 150K 到 30M

这么大的一个频率范围

那么在频率比较高的时候

它由于存在着分布电容

由于绕组间存在的分布电容

所以呢它就会出现谐振

那么这一点呢

就是电感跟电容发生的一个谐振点

那如果在往上频率

它就呈现出更复杂的一个阻抗特性了

所以说我们讲一个电感器

它是一个电感

只能说在某一个频段下它是一个电感

当我的频率范围提高了

在 EMI 的频段上

它就不见得是一个电感

所以它的参数呢就变得非常复杂

那我们现在看到的有几类电感

一类是铁氧体的电感

那么铁氧体呢

由于我的铁芯的磁导率比较低

所以我的匝数呢往往要比较多

它的电容呢也会往往就是分布电容

往往也会比较大

那么非晶的铁芯

它的饱和磁密比较高

还得到了一点几个特斯拉

它的匝数呢会比较小

但是呢这种铜箔似的绕组

由于铜箔的面积很大

所以呢它的箔绕的电容呢也比较大

那如果我的非晶采用的是立绕的

那么它的面积呢

就导线的面积比较小

匝数呢相对来说也会少一点

所以立绕电容呢会比较小一点

那如果对磁粉芯

它的饱和磁密也比较高

大大高于这个铁氧体

它的匝数呢也比较少

所以要尽量采用单层的电容

因为如果单层绕组

它们层间就不存在电容了

因为它只有单层嘛

所以说呢电容要尽量的小

那么对于这种电容呢

这种电感呢它里面采用的是磁粉芯

那么绕组呢采用的是环形的立绕

那么这时候由于匝间的距离很大

所以它的电容呢就非常小

所以这种这个电容它可以通过它的电流

但是呢它的绕组的电容又比较小

它就具有比较好的一个高频特性

那不管怎么样

反正对于一个电感来说

我们如果分析它的 EMI 特性的话

那么就要看它的高频的一个参数

那比如说对于这个例子

它有三个谐振点

那么这个谐振点

就由这 个L1 跟 EPC1

来构成一个并联谐振

这个谐振点它也属于这个并联谐振

也是高阻的并联谐振

那么它就由 L2 跟 EPC2 来构成的

它的一个并联谐振

那除这两个以外

还有一个串联谐振点

它就是这个阻抗

跟这个阻抗之间会产生串联谐振

那么就有一个阻抗的最低点就是串联阻抗

所以说呢这个电感的分布电容

对我们高频阻抗特性有很大的影响

那么从而影响我的高频的差模噪声

这就很明显

所以我这边专门讲了这个电感器的问题

那么这一节说到这里