电源供应器的电磁兼容性

    EMC是今日系统设计中一个重要的考虑因素，其规则会随着时间而变得更加严格。在发生切换时，噪声也会出现，无论是传导噪声还是辐射噪声。本文将介绍能降低噪声的电路板级技术。为了避免增加额外成本，因此设计工程师必需评估标准符合性、安全符合性及最终产品的成本。
 
    EMC（Electromagnetic Compatibility；电磁兼容性）在过去十年间已经成为一个家喻户晓的名词。在90年代中期，欧洲要求降低销售至区内产品的辐射和传导发射水平。此后，许多产品开始在其设计阶段导入EMC测试。而此一趋势一直延续到现今的产品开发中。

    一个经常被问到的问题是：什么是EMC？其实，EMC是一种组件、产品或系统在预定的电磁环境（存在于电磁干扰EMI）中正常工作的能力，同时自身不会出现退化及成为干扰源。要设计出这样的功能，必须要遵循EMC标准，而这些标准是由IEC和CISPR等团体所制定的。本文 将讨论EMC有关辐射和传导，包括共同（common）模式和差分（differential）模式发射的规定，以及探讨如何设计电力线滤波器以降低输入和输出噪声，最后再提供一些能够降低噪声的印刷电路板设计技巧。

　
图一　EN55022传导发射指标

EMC规定

   为了获得可靠的EMC设计，必须对EMC的要求有所了解。这些要求不只是针对模块电源，同时也是针对欧洲和北美共有的系统级标准。

   IEC（国际电工委员会）负责拟定欧洲规格，而CISPR（国际射频干扰特别委员会）则负责采用CISPR 22进行EMC试验，CISPR 22定义了传导发射的最严格限制。这些限制（传导发射）现由产品标准EN55022(图一)和EN55011(图二)描述出来。图一和图二中的A类和B类要求分别指的是工业标准和国内标准（domestic standard）。根据测试噪声所用天线的不同，欧洲标准设有两种限制。较高限制是针对准峰值天线，较低限制则是针对一般天线，但两种限制都必须达到，以便让设备可以通过要求。北美使用的FCC标准规格与欧洲的EN要求相似，请参考图二。在测试电源供应时使用了两种欧洲标准：EN55011和EN55022。(图三)和(图四)分别说明了EN55011和FCC第15部分B节（北美）的辐射水平。

   在北美，辐射EMI通常在30MHz至10GHz 频率范围内测量（根据FCC的规定），而传导EMI一般在几个至30MHz的频率范围内测量（根据FCC的规定）。
 

图二　EN55011/FCC第15部分B节传导发射指标
图注:2004年5月23日后，FCC第15部分B节和EN55011将具有相同的传导水平规格

这里的目的是开发能够满足上述与发射有关的全部或一部份要求的系统，可以是独立的设备，也可以是整合在更大系统中的系统。

共同模式和差分模式噪声
共同模式和差分模式是两种主要的噪声源。共享模式噪声(图五)来自于共享模式电流。共享模式能量共存于单相系统的两条电源在线，并以相同的方向在所有导线和接地之间以及全部的电源线或导线上传送。由于两根导线同时具有相同的电平，导线之间的设备不会对此产生衰减。

图三　EN55011在3公尺范围内的辐射发射指标

  来自共享模式电流的共享模式噪声一直存在于进入设备的缆在线。降低这个电流的方法之一，就是在原始模型上尽早测试缆线（使得设计者可在设计最后交付生产之前进行一切所需的更改），并且是在进行EMC符合性测试（compliance testing）之前。在许多情况下，如果设备不能通过共享模式电流测试，那么也不会通过辐射发射测试。共享模式电流可以简单地透过带高频箝制的电流探针和频谱分析仪来测试。而响应范围高达250MHz的电流探针就已经足够。

    差分模式噪声(图六)是共享模式噪声的相反。差分模式噪声是由电流流过带电或中性导体后从另一个导体折射所产生的。这会在带电和中性导体之间产生噪声电压。

图四　FCC第15部分B节的在3公尺范围内的辐射发射指标

交流电力线主滤波器

(图七)是一个说明单相交流电源滤波器的范例。这类型的滤波器常用来降低输入和输出电源的差分模式和共享模式噪声。图七中的滤波器被分成不同的部分，以便更详细地描述其整体功能。请注意A部分和B部分具有相同的功能，唯一不同的是一个是噪声进入设备，另一个是噪声离开设备。

图五　共享模式噪声