开关电源EMI和EMC的专题讨论,感谢kiroswang.

呵呵,继续.
开关电源产生的噪声有两类:
第一类:由于非线性产生的,为电源基频的奇次谐波.电磁兼容标准对这种谐波发射的都有限制.(GJB 151A中的 CE101)
第二类:开关工作模式产生的,频率较低的成分以差模形式出现在电源输入线上,频率较高的成分以共模形式出现.
共模噪声是由于高频成份辐射产生的:
三极管与散热片之间的寄生电容,将三极管的开关噪声耦合导地线上,
脉冲回路产生的辐射感应导所有导线上
负载电流越大,或输入电压越低,则差模干扰越强
共模干扰当输入电压最高时,最大,与负载无关.

不太理解
共模干扰当输入电压最高时,最大,与负载无关.
?
象有很多的power若用纯电阻性负载测试结果pass,而带上客户负载端时差别很大.其相当多的干扰就是共模干扰.
所以我不太明白你说讲的"与负载无关"?

这里是指阻性负载的大小,不是不同性质的负载.
.

应与负载有关
方舟兄,EMC与很多因素有关.单是PCB布线及Y电容位置影响,di/dt就可以转化为dv/dt引起共模干扰.同意否?264V输入轻载和重载EMC能一样?

上面贴的东西,思想来源于扬继深大师的手稿.
说起EMI就悬.这两天很忙,抽空把他的精髓贴出来.

如果他说共模干扰与负载无关,我看也不用贴出来了.
确实输入电压最高时最大,他可能是考虑到共模干扰是电压变化和杂散电容产生的,而这两个在高压时是固定的.但实际是这两个因素都与负载有关.所以共模干扰与负载有关,并且关系非常大.

干扰滤波器的种类
根据要滤除的干扰信号的频率与工作频率的相对关系,干扰滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等种类.
电磁兼容设计中,低通滤波器用得最多,因为:
电磁干扰大多频率较高的信号,因为频率越高的信号越容易辐射和耦合
数字电路中许多高次谐波是电路工作所不需要的,必须滤除,防止对其它电路产生干扰.
电源线上的滤波器都是地同滤波器.
高通滤波器用在干扰频率比信号频率低的场合,如在一些靠近电源线的敏感信号线上滤除电源谐波造成的干扰.
带通滤波器用在信号频率仅占较窄带宽的场合,如通信接收机的的天线端口上要安装带通滤波器,仅允许通信信号通过.
带阻滤波器用在干扰频率带宽较窄,而信号频率较宽的场合,如距离大功率电台很近的电缆端口处要安装阻带频率等于电台发射频率的带阻滤波器.

低通滤波器的过渡带
低通滤波器的阶数(元件数)越高,其过渡带越短.
过渡带与器件数量的关系:当严格按照滤波器设计方法设计滤波电路时,每增加一个器件,过渡带的斜率增加 20dB/十倍频程,或 6dB/倍频程.因此,若滤波器由N个器件构成,则过渡带的斜率为 20NdB/十倍频程,或 6NdB/倍频程.
怎样确定过渡带:两种情况下要求过渡带较短.一种情况是:干扰信号的频率与工作信号频率靠的较近时;例如,有用信号的频率为10~50MHz,干扰的频率为100MHz,需要将干扰抑制20dB(这是较低的要求),则要求滤波器的阶数至少为4阶.另一种情况是:干扰的强度较强,需要抑制量较大;例如,有用信号的频率为10MHz以下,干扰的频率为100MHz,需要将干扰抑制60dB,则要求滤波器的阶数至少为3阶 .
增加滤波器的器件数仅增加了过渡带的斜率,而不能改变滤波器的截止频率.滤波器的截止频率与滤波器件的参数有关.例如,要增加滤波器对较低频率干扰的衰减,只能通过增加电感的电感量或电容的电容量.
提示:不要试图用有源滤波器来解决电磁干扰的问题,因为有源器件(运算放大器)本身又是一个干扰发生源,由于其非线性作用,会产生新的干扰频率成分.

EMI是仁者见仁,智者见智.
慢慢看完.

继续
当信号频率与干扰频率考得很近时,需要滤波器的阶数较高.
考虑到器件的误差,有时过渡带的陡度不能达到理论值,因此要留有一定的富余量.
要注意的是,实际电路的阻抗很难估算,特别是在高频时(电磁干扰问题往往发生在高频),由于电路寄生参数的影响,电路的阻抗变化很大,而且电路的阻抗往往还与电路的工作状态有关,再加上电路阻抗不同的频率上也不一样.因此,在实际中,哪一种滤波器有效主要靠试验的结果确定.

插入损耗的估算
滤波器对干扰的衰减作用用插入损耗表征,插入损耗IL的定义如下:
                        IL = 20 lg(V1 / V2)            dB
式中: V1 是信号源与测量仪表(频谱仪、接收机、高频毫伏表等)直接连通时,仪表的读数, V2是在信号源与测量仪表之间插入滤波器时,仪表的读数.
实际测量时,要注意滤波器输入输出端在高频时的耦合,另外,滤波器的接地线较长时,会使高频插入损耗值减小.对于给定的滤波器电路,可以用下列公式估算其插入损耗:
单电感滤波电路:               IL = 20lg[L /(ZS+ZL)]          式中,ZS、ZL分别是源和负载阻抗.ZS、ZL << 50;
单电容滤波电路:              IL = 20lg[C ZSZL /(ZS+ZL)]   ,        式中,ZS、ZL >>50;
形滤波电路:              IL = 20lg[(L /ZS)+ LC2 ]  ,            式中,ZS >> ZL ;
反形滤波电路:              IL = 20lg[(L /ZL)+ LC2 ]  ,            式中,ZS  <<  ZL ;
T形滤波电路:              IL = 20lg[2LC + (L2C3 + 2L)/(ZS+ZL)]  ,式中,ZS、ZL < 50;
形滤波电路:             IL = 20lg[2LC + (LC23 + 2C)ZSZL /(ZS+ZL)]  ,式中,ZS、ZL >  50;
说明:这些公式中都假设电感、电容是理想器件,这是不符合实际情况的.

器件参数的确定
滤波器的电路形式确定以后,需要确定电感、电容的参数.
电感、电容的参数决定了滤波器的截止频率.
L = R / 2PiFc                  C = 1 / 2PiRFc
对于T形(多级T)和  形(多级)电路,最外边的电感或电容取 L/2 和 C/2,中间的不变.
注意,pi是圆周率,Fc是截止频率.打这几个公式真辛苦!

你贴的这些东西基本上是泛泛而谈,并且主要是针对信号板的.
对电源这种特强的干扰源不是很适用,电源中的EMI不考虑寄生参数几乎没有意义.

你太急了
我说了,漫漫来的.下次会专门说说寄生参数及其工艺上的预防.

先来点,下午抽时间继续.交流菜油进步
电感的寄生电容来自两个方面,匝间电容和导线与磁芯间电容.磁芯的导电性越好,则寄生电容越大.
铁粉芯作磁芯时,由于它不导电,不仅寄生电容很小,而且当将绕线方式改为松散绕制时,电容下降了将近20%.
用锰锌铁氧体作磁芯时,由于这种材料导电率较高,不仅电容量较大,而且与绕线方式关系不大.

没有高错?铁氧体的导电性比铁分心更好?
?

克服电容非理想性的方法
电磁兼容设计所面对的往往是宽带干扰信号,频率范围从几kHz到GHz以上.要滤除这么宽频带的干扰在电容和电感的使用上要十分注意.普通电容器很难解决这个问题.在实践中,常用这里介绍的两个方法在较宽的频率范围内获得较好的干扰抑制效果.
大小电容并联:一些富有经验的工程师会提出一个简单易行的方案:将一个大电容和一个小电容并联起来使用,大电容抑制低频干扰、小电容抑制高频.甚至可以用大、中、小三种电容并联起来使用.这种方法从直觉上是可行的.但是有如下问题.
美中不足:将大容量电容和小容量电容并联起来的方法,会在某个频率上出现旁路效果很差的现象.这是因为在大电容的谐振频率和小电容的谐振频率之间,大电容呈现电感特性(阻抗随频率升高增加),小电容呈现电容特性,实际是一个LC并联网络,这个LC并联网络在会在某个频率上发生并联谐振,导致其阻抗为无限大,这时电容并联网络实际已经失去旁路作用.如果刚好在这个频率上有较强的干扰,就会出现干扰问题.若将大、中、小三种容值的电容并联起来使用,会有更多的谐振点,亦即,滤波器在更多的频率上失效.

减小电感寄生电容的方法
要拓宽电感的工作频率范围,最关键的是减小寄生电容.
前面已经看到,只有当磁芯是非导体时,电感的寄生电容才与线圈的绕制方法关系密切.因此,如果磁芯是导体,首先要设法减小导线与磁芯之间的电容.这可以通过使用介电常数低的材料增加导线与磁芯之间的距离来实现.
解决导线与磁芯之间的电容后,可以用下面的方法可以寄生电容:
尽量单层绕制:空间允许时,尽量使线圈为单层,并使输入输出远离.
多层绕制的方法:线圈的匝数较多,必须多层绕制时,要向一个方向绕,边绕边重叠,不要绕完一层后,再往回绕.
分段绕制:在一个磁芯上将线圈分段绕制,这样每段的电容较小,并且总的寄生电容是两段上的寄生电容的串联,总容量比每段的寄生容量小.
多个电感串联起来:对于要求较高的滤波器,可以将一个大电感分解成一个较大的电感和若干电感量不同的小电感,将这些电感串联起来,可以使电感的带宽扩展.但这付出的代价是体积和成本.另外要注意与电容并联同样的问题,即引入了额外的串联谐振点.谐振点上电感的阻抗很小.

共模扼流圈
为什么要用共模扼流圈?:当电感中流过较大电流时,电感会发生饱和,导致电感量下降.共模扼流圈可以避免这种情况的发生.
共模扼流圈的结构:将传输电流的两根导线(例如直流供电的电源线和地线,交流供电的火线和零线)按照图示的方法绕制.这时,两根导线中的电流在磁芯中产生的磁力线方向相反,并且强度相同,刚好抵消,所以磁芯中总的磁感应强度为0,因此磁芯不会饱和.而对于两根导线上方向相同的共模干扰电流,则没有抵消的效果,呈现较大的电感.由于这种电感只对共模干扰电流有抑制作用,而对差模电流没有影响,因此叫共模扼流圈.
制作方法:电流的去线和回线要满足流过它们的电流在磁芯中产生的磁力线抵消的条件.对于没有很高绝缘要求的信号线,可以采用双线并绕的方法构成共模扼流圈,但对于交流电源线,考虑到两根导线之间必须承受较高的电压,必须分开绕制.
共模扼流圈寄生差模电感:理想的共模扼流圈上的两根导线产生的磁通完全抵消,磁芯永远不会饱和,并且对差模电流没有任何影响.但实际的共模扼流圈两组线圈产生的磁力线不会全集中在磁芯中,而会有一定的漏磁,这部分漏磁不会抵消掉,因此还是有一定的差模电感.
寄生差模电感的好处:由于寄生差模电感的存在,共模扼流圈可以对差模干扰有一定的抑制作用.在设计滤波器时,可以将这种因素考虑进来.
寄生差模电感的危害:会导致电感磁芯饱和.而且从磁芯中泄漏出来的差模磁场会形成新的辐射干扰源.
影响寄生差模电感的因素:线圈的绕制方法、线圈周围物体的磁导率等有关.例如,将共模扼流圈放进钢制小盒中,会增加差模电感.
差模电感的测量方法:将共模扼流圈一端的两根导线短接,在另一端上测量线圈的电感.

看下面,了解什么是铁粉芯.
铁粉磁芯:外表带氧化层的铁粉制成,由于铁粉相互隔开,形成了大量分布的间隙,因此不易饱和.但为此付出的代价是磁导率低.一般用做差模电感.这时磁芯不饱和是关键因素,而由于磁导率较低,需要较多的匝数才能获得需要的电感量导致的寄生电容大,对于频率较低的差模干扰并不是主要问题..

电感磁芯的选用
空心线圈每匝产生的电感量很小,为了获得一定的电感量,往往导致电感的体积过大,匝数过多.为了用较小的体积获得较大的电感量,往往使用导磁率较高的材料作磁芯.磁芯的导磁率率越高,每匝的电感量越大.
铁粉磁芯:外表带氧化层的铁粉制成,由于铁粉相互隔开,形成了大量分布的间隙,因此不易饱和.但为此付出的代价是磁导率低.一般用做差模电感.这时磁芯不饱和是关键因素,而由于磁导率较低,需要较多的匝数才能获得需要的电感量导致的寄生电容大,对于频率较低的差模干扰并不是主要问题.
铁氧体:最常用的一种磁芯.锰锌材料的磁导率较高,电阻较小,镍锌材料的磁导率较低,电阻较大. 用作共模扼流圈的磁芯.
超微晶:以铁为主要成份的合金粉末,粉末的尺寸在10nm(相当于一般磁性材料粉末的1/1000)左右,具有很高的导磁率.价格较高,用在需要很大电感量的场合.制作共模扼流圈.

诺兄,为人民服务,不错!
.

继续,干扰抑制用铁氧体
干扰滤波器中的电感一般使用铁氧体材料做磁芯.
导线穿过铁氧体磁芯构成的电感的阻抗虽然在形式上是随着频率的升高而增加,但是在不同频率上,其机理是完全不同的.
低频:阻抗由电感的感抗构成.在低频,磁芯的磁导率较高,因此电感量较大.并且这时磁芯的损耗较小,整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感,这种电感容易造成谐振.因此在低频,有时会有干扰增强的现象.
高频:阻抗由电阻成分构成.随着频率升高,磁芯的磁导率降低,导致电感的电感量减小,感抗成分减小.但是,这时磁芯的损耗增加,电阻成分增加,导致总的阻抗增加.当高频信号通过铁氧体时,电磁能量以热的形式耗散掉.
导线穿过铁氧体时的等效电路:等效电路在低频和高频时是不同的.低频时是一个电感,高频时是随频率变化的电阻.电感与电阻有着本质的区别.电感本身并不消耗能量,而仅储存能量,因此,电感会与电路中的电容构成谐振电路,是某些频率上的干扰增强.电阻是要消耗能量的,从实质上减小干扰.
电流的影响:当穿过铁氧体的导线中流过电流时,会在铁氧体磁芯中产生磁场,当磁场的强度超过一定量值时,磁芯发生饱和,磁导率急剧降低,电感量减小.因此,当滤波器中流过较大的电流时,滤波器的低频插入损耗会发生变化.高频时,磁芯的磁导率已经较低,并且高频时主要靠磁芯的损耗特性工作,因此,电流对滤波器的高频特性影响不大.

铁氧体磁环使用方面的一些问题
铁氧体材料的选择:根据要抑制干扰的频率不同,选择不同磁导率的铁氧体材料.铁氧体材料的磁导率越高,低频的阻抗越大,高频的阻抗越小.另外,一般导磁率高的铁氧体材料介电常数较高,当导体穿过时,形成的寄生电容较大,这也降低了高频的阻抗.
铁氧体磁环的尺寸确定:磁环的内外径差越大,轴向越长,阻抗越大.但内径一定要包紧导线.因此,要获得大的衰减,尽量使用体积较大的磁环.
共模扼流圈的匝数:增加穿过磁环的匝数可以增加低频的阻抗,但是由于寄生电容增加,高频的阻抗会减小.盲目增加匝数来增加衰减量是一个常见的错误.当需要抑制的干扰频带较宽时,可在两个磁环上绕不同的匝数.
例:某设备有两个超标辐射频率点,一个是为40MHz,另一个为900MHz.经检查,确定是电缆的共模辐射所致.在电缆上套一个磁环(1/2匝),900MHz的干扰明显减小,不再超标,但是40MHz频率仍然超标.将电缆在磁环上绕3匝,40MHz干扰减小,不再超标,但900MHz超标.怎样解决这个问题?
电缆上铁氧体磁环的个数:增加电缆上的铁氧体磁环的个数,可以增加低频的阻抗,但高频的阻抗会减小.这是因为寄生电容增加的缘故.
偏置电流的影响:当穿过铁氧体磁环的导体上有电流时,铁氧体的阻抗会减小,适当增加磁环的长度可以弥补这个损失.由于铁氧体磁环主要对高频干扰其抑制作用,而高频干扰一般为共模干扰,因此在使用时,将载有电流及其回流的导线对同时穿过铁氧体,就可以避免电流偏置,同时对共模干扰电流的衰减作用没有改变.
铁氧体磁环的安装位置:一般尽量靠近干扰源.对于屏蔽机箱上的电缆,磁环要尽量靠近机箱的电缆进出口.
与电容式滤波连接器一起使用效果更好:由于铁氧体磁环的效果取决于原来共模环路的阻抗,原来回路的阻抗越低,则磁环的效果越明显.因此当原来的电缆两端安装了电容式滤波连接器时,其阻抗很低,磁环的效果更明显.

对不起,先前把作者说错了.
这些思想来自于著名EMI专家杨继深先生.

这一部分的论述非常好.
是以前没有考虑到的.谢谢.

诺兄,你的论述很有用!
谢谢!

使用Pi形滤波器的注意事项
滤波器要发挥预期的效能,必须具有很低的接地阻抗,这一点已经多次强调.但这个问题无论怎么强调都不为过.
实际中常见的现象:在实际工程中,当发现电缆上有较强的电磁干扰电流时,往往会对原来已有的滤波器进行“增强”.常用的方法是增加一只并联电容(这样最容易).结果常常事与愿违的结果,即干扰问题反而更加严重.
原因:造成这种现象的原因有两个,一个是增加了电容后,引入了谐振点,造成滤波器插入增益的现象.另一个是增加电容后,为干扰电流提供了一个旁路通路,使滤波器中的电感失效.前一种原因造成的干扰增强往往发生在频率较低的场合,后一种情况往往发射发生在频率较高的场合.根据这个特征,可以确定原因,采取适当的措施.
后一种原因的分析:以pi型滤波电路为例说明这个机理.按照设计意图,干扰应通过两个电容旁路到地.但由于滤波器壳体与机箱之间的搭接阻抗过大,干扰没有旁路到机箱上,而是通过另一个电容串扰到了输出端.实际效果是将电感旁路掉了,电感的衰减作用消失了.如果不是pi型滤波电路,尽管滤波器的接地阻抗较大,但是电感还能起到一定的衰减作用.所以,增加电容后,滤波器的性能反而变差.
解决方法:改善滤波器的接地,一般将滤波器与机箱实现良好的搭接,特别是射频搭接.
说明:滤波器中的共模滤波电容通常都以很短的引线直接焊接在金属壳上(为了获得最低的接地阻抗),因此如果有多级共模电容滤波,这些共模电容接地端之间的阻抗是非常低的,因此上述的现象很容易发生.特别是在高频时,电容的容抗很小,而不良搭接往往电感较大,高频时感抗较大,最危险.当对滤波器搭接没有把握时,尽量避免使用pi型(或多级pi型)滤波器.

电源线滤波器的基本电路
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电源线滤波器的基本电路如图所示,各个器件的作用如图中所标.        
差模滤波电容:跨接在火线和零线之间,对差模电流起旁路作用. 电容值为0.1 ~ 1微法.
共模滤波电容:跨接在火线或零线与机壳地之间,对共模电流起旁路作用,电容值不能过大,否则会超过安全标准中对漏电电流( 3.5mA )的限制要求,一般在10000pF以下.医疗设备中对漏电流的要求更严,在医疗设备中,这个电容的容量更小,甚至不用.
共模扼流圈:在普通的滤波器中,往往仅安装一个共模扼流圈,利用共模扼流圈的漏电感产生适量的差模电感,起到对差模电流的抑制作用.有时,人为地增加共模扼流圈的漏电感,提高差模电感量(想想怎样能增加漏电感).共模扼流圈的电感量范围为1mH ~ 数十mH,取决于要滤除的干扰的频率,频率越低,需要的电感量越大.
在一般的滤波器中,共模扼流圈的作用主要是滤除低频共模干扰,高频时,由于寄生电容的存在,对干扰的抑制作用已经较小,主要依靠共模滤波电容.医疗设备由于受到漏电流的限制,有时不使用共模滤波电容,这时,要提高扼流圈的高频特性(采用前面介绍的一些方法).
基本电路对干扰的滤波效果很有限,仅用在要求最低的场合.要提高滤波器的效果,可在基本电路的基础上增加一些器件,下面列举一些常用电路:
强化差模滤波方法一:与共模扼流圈串联两只差模扼流圈,增大差模电感;
强化差模滤波方法二:在共模滤波电容的右边增加两只差模扼流圈,同时在差模电感的右边增加一只差模滤波电容;
强化共模滤波:在共模滤波电容右边增加一只共模扼流圈,对共模干扰构成T形滤波;
强化共模和差模滤波:在共模扼流圈右边增加一只共模扼流圈、再加一只差模电容.
说明:一般情况下不使用增加共模滤波电容的方法增强共模滤波效果,防止接地不良时出现滤波效果更差的问题(见“搭接”部分关于pi形滤波器接地不良的讨论) .

电源线滤波器的特性
任何一个电子设备要满足电磁兼容的要求,都要在电源线上使用电源线滤波器.现在市场上电源线滤波器的种类繁多,如何选择滤波器确实是一个头疼的问题.下面介绍一些选择滤波器时要考虑的参数.        
插入损耗:对于干扰滤波器而言,这是最重要的指标,由于电源线上既有共模干扰也有差模干扰,因此滤波器的插入损耗也分为共模插入损耗和差模插入损耗.插入损耗越大越好.
高频特性:理想的电源线滤波器应该对交流电频率以外所有频率的信号有较大的衰减,即插入损耗的有效频率范围应覆盖可能存在干扰的整个频率范围.但几乎所有的电源线滤波器手册都仅给出30MHz以下频率范围内的衰减特性.这是因为电磁兼容标准中对传导发射的限制仅到30MHz(军标仅到10MHz),并且大部分滤波器的性能在超过30MHz时开始变差(谁愿意给用户留下不好的印象呢?).但实际中,滤波器的高频特性是十分重要的,后面讨论这个问题.
额定工作电流:这是个概念模糊的定义.因为在厂商的产品说明书上并没有标明电流的定义,是峰值还是有效值.额定工作电流不仅关系到滤波器的发热问题,还影响电感的特性,滤波器中的电感要在峰值条件下不能发生饱和.
滤波器的体积:电子产品小型化的要求器件小型化.因此设计人员无一例外地希望滤波器的体积越小越好.滤波器的体积主要由滤波器中的电感决定,而电感的体积取决于额定电流、滤波器的低频滤波特性.体积小的滤波器一定牺牲了电流容量或低频特性.