直流电源线噪声抑制方法的比较分析

今天，便携式电子产品随处可见，如数码相机、数字视频设备和音频播放器，随之产生的是此类设备PCB上的各种噪声的抑制问题。特别是当交流(AC)适配器代替电池给这些设备供电的时候，噪声的抑制就显得很有必要，因为适配器不仅会辐射噪声，同时外界的噪声也会从适配器的导线上耦合进来。

DC电源线上的辐射噪声

许多家用的电子设备，包括便携式设备，基本上都是通过AC适配器来供电的。AC适配器与便携式电子设备之间的连接是通过一根DC导线(如图1所示)。同样地，其作用类似于一根天线，它同其它的外界噪声源一样，发射噪声就来自这根导线。因此，此电源线的噪声免疫性测试就显得十分必要。

通常当对设备的噪声采用措施进行抑制之后，其免疫性会得到改善，因此研究噪声的产生是十分重要的。比如，从DC/DC转换器电源电路模块可以产生噪声，从内部数字处理电路模块也可以产生噪声。

在便携式设备中，DC/DC模块和DC/DC转换器IC是电源电路不可缺少的部分。DC/DC转换器所需电源是通过开关模块控制产生的，从而这种开关单元就变成了一种噪声源，这种噪声可以泄漏至直流电源线，且通过AC适配器导线发射出去。

同时，随着便携式设备功能的增多，所需半导体IC的种类也随之增多，比如像具有更高处理性能和大内存的微处理器。同时，随着处理量的增加和数据处理速度的提高，电路要求有更高速率的IC处理芯片。当IC在动作时，频率范围从几千到几百兆的宽频噪声就随之产生，并通过AC适配器的导线发射出去。

图1：便携式电子设备的噪声环境。

噪声的抑制

一般说来，便携式电子设备内部的噪声是通过DC电源线以共模的方式输出的，像在AC适配器导线上，其噪声可以用共模噪声滤波器进行有效抑制。

在许多情况下，带有AC适配器的便携式设备所产生的共模噪声，一般是通过在线上加一个铁氧体磁环来抑制(图2)。尽管这是一个有效的噪声抑制方式，但是它也存在许多不足，比如，加上磁环之后导线会变得沉重和庞大，且外观不雅。如果改用一个小尺寸的片式共模扼流圈用于此类导线的共模噪声的抑制，是个不错的选择，值得重点推荐。

图2：数码相机中的磁环。

效果评估

为了评估DC电源线上的EMI静噪滤波器的噪声抑制效果，我们做了一个模拟便携式设备的评估电路板(如图3所示)。它是通过AC适配器取得DC电源，同时配备了一个类似于电源功能块的DC/DC转换器电路，并安置了一个类似于内部数字处理电路的时钟动作电路。

图3：评估电路。

图4显示的是一个评估电路，它在DC电源模块上安装了一个片式共模扼流圈，用作DC电源线的EMI静噪滤波器，AC适配器被挂在一个放有评估电路板的测试桌上。这样就可以测试垂直模式的噪声，此噪声代表了从桌子上辐射来的噪声。

图4：评估方式。

根据评估结果的测试数据，噪声的发射范围从几十MHz到800MHz都有。因此，可以推断噪声是从DC/DC转换器和内部数字处理电路传向AC适配器，通过电源线发射出来的。

因此，我们做了两个不同模式下的噪声比较：1. 在AC适配器电源线加装一个铁氧体磁环；2. 在DC输出模块上加装一个片式共模扼流圈。之前我们发现不同的铁氧体磁芯的尺寸会产生不同的共模阻抗。对于此次比较测试，我们采用了一个标准尺寸的磁环(直径大约为20mm，长度大约为40mm)和一个片式共模扼流圈(100MHz时的阻抗值为1,400Ω)。结果表明片式共模扼流圈静噪效果比较好。当然，使用更大尺寸的磁环或增加电源在磁环上绕线数也会得到一个较高的阻抗值，然而，这样会带来不足，导线的重量会增加，同时外观也显得凌乱。综上所述，我们推荐用片式共模扼流圈取代笨重的磁环。

村田开发了DLW5BT系列片式共模扼流圈，综合了小尺寸、低厚度和大阻抗值的特点，因而适合便携式设备和小的DC/DC转换模块的DC电源线上噪声抑制应用。此类产品已成功地应用于一些便携式的电子设备上。

本文小结

本文是关于便携式电子设备DC电源线使用片式模扼流圈的一些讨论，当然此EMI滤波器同样适用于其它的DC电源类的电子设备和DC/DC转换器或电池充电器。

另外，村田BNX方块形系列EMI滤波器配置有电容器、磁珠、穿心电容器，非常适合更强劲的电源线滤波。尽管这些产品短小轻薄，但是它具有强的静噪效果(35dB或更高，从1MHz到1GHz)。此类产品对共模噪声有良好的抑制作用，同样对正常模式的噪声也有抑制作用。其10A的额定电流适合便携式设备、测试设备、工业电子产品和平板电视等。

作者：

高嶋浩一

工程师

日本村田制作所EMI事业部技术1课