現象描述

圖1 某產品電源濾波電路原理

某塑料外殼產品，其AC電源入口的濾波電路如圖1 所示，從圖1 所示的電路原理圖可以看出，濾波電容中采用兩級Y電容的共模濾波，Y電容CY2和CY1分別位于共模電感M的兩邊。PE是產品的接地端子，傳導發射試驗頻段范圍為150kHz～30MHz，進行傳導騷擾測試時，該產品放置在0.8m高的絕緣臺面上，測試結果顯示傳導發射超標(見圖2 )。

圖2某產品修改前的傳導發射測試結果

在圖2中，測試結果在整個頻段上除了個別點都能滿足限值要求，測試過程中,雖然經過多次改變電感電容的參數，但是效果并不明顯，超標的個別頻率點依然無法消除。另外，從測試結果可知，超標的頻率點在2 MHz -3MHz，且與裝置采用的CPU晶振等頻率并無明顯相關關系。在解決電子產品的傳導騷擾問題時，嘗試割斷電容CY1對地引線，測試結果見圖3，發射值在整個頻段范圍內都降低了很多，測試通過。

圖3 修改設計后的傳導發射測試結果

原因分析

對于傳導騷擾問題的分析，可以從傳導騷擾測試的實質出發，分析流過LISN的騷擾電流大小。根據電源產品傳導騷擾的原理和傳導騷擾測試的原理，可以畫出如圖4所示的塑料外殼產品存在CY1時傳導騷擾問題的分析原理圖。

圖4 塑料外殼產品存在CY1時傳導騷擾問題的分析原理圖

根據圖4塑料外殼產品存在CY1時傳導騷擾問題的分析原理圖所示,開關電源產生的傳導騷擾共模電流ICM 在產品的電源端口和測試系統中的LISN之間產生分流，其主要路徑分為兩路，一路流向PE接地線，即圖4中的IPE;另一路流向LISN,即圖4中的ILISN,它直接決定著傳導騷擾的測試結果(共模傳導騷擾)。從圖4.58也可以看出，ILISN的大小取決于PE點與參考接地板之間的電位差，或A/B點與參考接地板之間的電位差，當A/B、PE與參考接地板之間的電位差都等于零時(即PE線無阻抗，CY2和CX1濾波完美)，ILISN的大小將等于零。但是實際上，PE接地線是一根約1m長的線，其寄生電感約為1μ H(較長導線的寄生電感與電纜粗細影響不大，粗細只影響電纜的等效電阻)。這種情況下,當共模電流I PE(圖4中所示)流過PE線時，PE線上產生點壓降ΔV 就像一個電壓源一樣，使LISN上流過一個電流ILISN, 即ILISN必然不等于零，如圖5 (b)所示。共模電流ILISN的大小在PE線寄生電感一定的情況下，取決于LISN的接電源線處到產品中接地點PE之間(即圖5 (b)中C/D到PE之間)的阻抗。對于本案例產品的濾波電路設計來說，LISN的接電源線處到產品中接地點PE之間存在兩條路徑，第一條是：LISN接電源線處通過CY1到產品中接地點PE(即圖5(b)中ILISN2電流所在的路徑);第二條是：LISN接電源線處通過共模電感M和CY2到產品中接地點PE(即圖5 (b)中ILISN1電流所在的路徑)。由于第一條路徑的阻抗要遠小于第二條路徑上的阻抗(如，CY1為4.7nf,其在3MHz的頻率下，阻抗約為10Ω，而共模電感M為10mH時，在3MHz的頻率下，阻抗且約為200kΩ)，因此，此時共模電感M相當于被電容CY1旁路，流過LISN的共模電流ILISN沒有被共模電感M抑制，傳導騷擾測試電平較高。

圖5 塑料外殼接地產品存在CY1的共模電流路徑分析原理圖

割斷電容CY2對地引線后，圖4 和圖5 所示的情況發生了變化，即，此時，流過LISN的共模電流ILISN被共模電感M抑制，共模電感M發揮了作用，使傳導騷擾共模電流ILISN降低，測試通過 。無CY1時傳導騷擾問題的分析原理圖如圖6 所示。

圖6 無CY1時傳導騷擾問題的分析原理圖

處理措施

圖1所示的濾波電路原理圖中，在共模電感兩側，分別有一個對地共模電容，表面看來沒有什么不妥之處，但從另外一個角度來看，兩個電容之間形成了另一個通路，即裝置內部的干擾信號通過電容CY1 回到電源端口，旁路了應該發揮共模電流抑制作用的共模電感M而是傳導騷擾失敗，按以上原理分析，只要去掉共模電感前端的Y電容CY1.就可以使本案例中的產品傳導騷擾測試通過，并保持有一定的余量。

思考與啟示

一味的接地或增加濾波器件并不是抑制電源端口共模傳導騷擾的方法，傳導騷擾的本質是騷擾電流(包括共模與差模，高頻時以共模電流為主)流過LISN，通過濾波電路或接地改變騷擾電流的流向，不讓騷擾電流流向LISN，并盡量較小流向LISN的騷擾電流的大小才是正確的產品傳導騷擾抑制設計的指導思路。

雖然本案例是通過去除CY1來解決傳導騷擾的問題，但是并非說圖1 所示的濾波電路設計是個錯誤。前面對流向LISN的共模電流ILISN的分析 是基于產品接地阻抗較高(塑料外殼產品)、CY2電容濾波較為理想(即CY2兩端壓降在某頻率下接近于零)、共模電流ICM主要是從參考接地板返回到產品內部的情況下之上的。

實際上圖4 或圖5 中A/B點到參考接地板之間的共模電壓不但與PE接地線及其上的共模電流大小有關，還有CY2的阻抗有關。實際產品中CY2不可能做到非常低的阻抗，即CY2兩端存在共模電壓降ΔV’。此時，圖5 (b)的共模等效電路原理圖，可以轉化為如圖7所示的CY2兩端存在共模電壓降ΔV’導致傳導騷擾問題的原理圖。

圖7 CY2兩端存在共模電壓降導致傳導騷擾問題的原理圖

從圖7中可以看到CY1的存在，反而旁路了流向LISN的共模電流。也就是說，此時，CY1對電源端口的傳導騷擾測試的通過是有幫助的，這與圖5所示的情況正好相反。

實際上，PE接地線上共模電流很小的產品通常是帶有金屬外殼并連接正確的產品。圖8 是金屬外殼產品存在CY1時傳導騷擾問題的分析原理圖 。

圖8 金屬外殼產品存在CY1時傳導騷擾問題的分析原理圖

對于金屬外殼的產品，由于金屬外殼的存在，金屬外殼可以把大部分開關電源產生的共模騷擾電流在到達參考接地板或LISN之前旁路在金屬外殼之內(前提是連接正確)。這樣，這種產品的PE接地線上流過的共模電流就會很少，PE接地線上的共模電壓ΔV也會很低，CY1導致像如圖4 或圖5 原理所示產品的傳導騷擾影響也很小。相反，CY1對如圖7 原理所示產品的傳導騷擾的影響卻很大。這也是為什么有些產品在電源入口處再增加一個Y電容反而對EMI很有幫助的原因。

可見對于金屬外殼來說 ，采用圖1所示的濾波電路還是可取的，它會對高頻(如10MHz以上，100MHz以下)的抑制帶來一定的好處。通常情況下，1000pf左右容值的CY1已經足夠了。原理見如圖9 所示。

圖9 金屬外殼產品存在CY1的共模電流路徑分析原理圖

低頻時，即使是金屬外殼的產品也不會對抑制電源端口的傳導騷擾帶來很大的幫助，那是因為，低頻時，CY1的阻抗要遠大于比25歐姆(LISN等效共模阻抗)，CY1的增加并不會減小流向LISN的共模電流。

濾波器件并非越多越好。

原文標題：經典案例分析：濾波器件是否越多越好?

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審核編輯：湯梓紅