[电磁兼容]电源供电质量对EMI滤波器的可靠性和敏感度的影响 (一) [复制链接]

对用于居住、商业和工业环境下的射频（RF）照明设备的传导发射，FCC 和IEC 的允许水平如表１所示。显然，从表１可知FCC 和IEC 的要求有诸多不同，例如，发射的水平、参考的频带、所涉及设备的类型、操作的环境等。一般来说，用于居住环境的射频照明设备，要求其具有更低的发射水平，而对于商业和工业环境中使用的设备而言，其允许的发射水平更高。

显然，设计和使用EMI 滤波器的目的是为了保证传导发射水平在各个管理部门发布的限制水平之下。但仍然有一些滤波器在设计上没有为终端设备的传导发射留出足够的裕量以防止其超过限值。例如，不管是FCC 的第18 部分还是CISPR15 都没有规定任何具体的传导发射安全裕量。从技术上讲，当滤波器的设计者和EMC 测试工程师需要决定传导发射水平和限值能够接近到何种程度时，这种规定的缺失将

会产生一种EMC 的“边缘危险处境”。

图１显示了一个电压208 伏、满负荷工作的电子镇流器的传导发射的测量实例（曲线１）。在该实例中，安全裕量是5.33dBμV（60-54.67 dBμV）。尽管这种裕量会随样品的不同而发生几个dB 的微小变化，但它不会小到令发射水平超过限值的程度。传导发射水平一般还是处于限制线之下的。但在实际情况下，EMI 滤波器的元件会因为时间、设备使用和暴露在电磁骚扰（例如：浪涌电压）之下而老化。此时，因为老化和暴露在浪涌电压之下，干扰将会逐渐增大；即使有压敏电阻（MOV）的保护，干扰还是会超过限值，即：幅度在MOV 钳制电压以下的电磁骚扰会通过MOV 进入滤波器，降低X 电容及Y 电容的性能，并影响频带内任何位置的发射水平。

基本和高级EMI 滤波器的拓扑结构

像其它的电子设备一样，电磁干扰（EMI）滤波器也是从非常简单的拓扑结构发展到非常复杂的拓扑结构的。滤波器的简单或复杂取决于对期望的滤波器衰减特性和设备所允许的泄漏电流方面灵活性的要求，而它们决定了滤波器所需的级数和元器件。用无源器件（一般是指电感和电容）构造滤波器时，只用一个电感和电容是无法在一个宽的频带内提供理想衰减的。因此，所设计滤波器中的若干元件和各级需要联合工作，从而在一个特殊频带内对各个感兴趣的频率点提供必要的衰减（或插入损耗）。如果一个或者多个元器件的阻抗因为电磁骚扰而被损坏，滤波器的整体性能会开始零星下降；而且，相对其它范围内而言，在某些频率范围内的性能下降会更严重。（规定滤波器元件是诸如电容、电感和电阻一类的有损耗的无源器件。规定滤波器中的某一级是指一组滤波器的元器件，它们作为一个网络协同工作，其消耗的功率取决于噪声发射电流的幅度和频率。）

表２给出了一些基本滤波器和高级滤波器的拓扑结构图。一级和两级的滤波器是典型的基本滤波器，而三级滤波器被认为是高级滤波器。如果终端设备具有简单的传导发射特性和低传导发射水平，那么基本拓扑结构滤波器就可以保证传导发射水平处于各部门发布的限值之下。相反，如果终端设备具有复杂的传导发射信号、高传导发射水平和低泄漏电流限值，那么就必须使用高级滤波器。

表２给出EMI 滤波器的复杂程度各不相同，但其中有一个重要的发现，即尽管线间电容（X电容）不总是第一个暴露在电气骚扰之下的元件，但在大部分滤波器应用中，第一个元件总是X 电容。滤波器的复杂程度是随着终端电子设备本身的复杂程度的提高而提高的。例如，使用开关电源和若干种数字电路的设备要比使用线性电源、模拟电路的设备复杂。因此，使用开关电源和多处理器的设备就需要更复杂的滤波器。类似的，在大型电子系统中各级设备也根据其复杂程度选择使用滤波器。

从系统电磁兼容的角度来看，EMI 滤波器也起着基础性的作用，即设备中设计使用的滤波器可以限制注入交流电源的传导发射的水平。因为它们被放置在和交流电源相连的位置，所以滤波器在保证交流电源供电质量的系统电磁兼容中发挥着基础性的作用。EMI滤波器必须可靠，必须按设计工作，其功能不能受电源供电质量的影响。另外，因为滤波器在交流电源上的位置，它们不能输出低质量的供电电压。EMI 滤波器和设备的设计人员应该认识到EMI 滤波器的输出是为后续电子设备的工作提供电压的。这些后续电子设备开始通常是一个桥式整流器。如果EMI 滤波器输入电压出现异常从而导致滤波器本身性能的下降，那么滤波器提供给后续电子电路的电压质量也会随之进一步下降。

供电质量对滤波器可靠性和滤波器性能的影响EMI 滤波器的性能及其可靠性对一台设备的正常工作非常重要。滤波器通常放在设备交流电源输入的电路上。EMI 滤波器尽可能的放置在靠近交流输入的地方就是为了在设备接入交流电源之前有效衰减设备所产生的传导噪声。

根据在交流输入回路中位置的不同，滤波器也会受到不同程度的输入电磁骚扰的破坏。可以对EMI滤波器造成损坏的电磁骚扰不局限于浪涌电压、瞬态电压、暂态过电压和骤升电压等类型的过电压。电压畸变、陷波电压和各种类型的欠压也能造成滤波器的永久损坏。本文将会以浪涌电压、瞬态电压、暂态过电压和电压畸变为例分析其影响。图２给出了在某个单相终端设备的交流输入电路中EMI 滤波器的典型位置。从中可见，电源线上的保险丝、超温限制器（如果使用的话）和MOV 一般处在EMI 滤波器之前，也不属于滤波器。保险商实验室（UL）要求把交流电源线上的保险丝放在MOV 之前，从而在MOV 短路的情况下为设备提供过流保护。如果MOV 短路，那么线路保险丝就会跳开。

MOV 的放置

金属氧化物变阻器（MOVs）在保护终端设备免遭浪涌电压破坏的过程中仍然起着关键的作用。因为在交流输入电路中MOV 和EMI滤波器必须放在一起（其中MOV通常放在EMI 滤波器的前面），所以它们的综合表现和相互作用对其保护功能的实现也起着关键的作用。这种保护不仅包括防止设备受到电磁骚扰的影响，还包括防止EMI 滤波器受到影响。除了保险丝和MOV 之外， 无源器件构成的EMI 滤波器是第一个面临过电压的，即瞬态或者暂态过电压（TOV）。如果过电压没有触发MOV 动作（钳制骚扰），那么过电压就会通过MOV，其全

部能量就会进入EMI 滤波器。过电压的能量也不会被MOV全部消耗，大部分能量还是会通过MOV 进而被EMI 滤波器中的元器件消耗。

不幸的是，所有的设备设计人员都不会把MOV 放置在EMI 滤波器之前。有些设计人员还会把它们放在EMI 滤波器的后面。在这种情况下，EMI 滤波器不会得到MOV 的过电压保护，因此EMI 滤波器也更容易受到过电压的影响。电感闪络和电容类似，电感必须被设计成能够经受过电压，这些电压可能会在瞬态或者稳态电压的情况下出现。在设计和标定EMI 滤波器中的电感的时候，大部分设计人员都会以电感、泄漏电感以及用于绕制电感的导线上的额定电流为关键参量。用于绕制电感的导线和其它的标准导线不同，它们会经过某些溶液（通常是特制漆）的浸泡。将其做成漆包线的目的是为了提供绝缘、实现各个绕组间的电气隔离，从而使

电感两端能够建立一定的电压。