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技術專題
AC-DC轉換器的模塊化EMI濾波器選擇
模塊化AC線路濾波器經常出現在終端設備中，無論是機箱安裝式還是Heading 5a連接器中不可或缺的設備，特別是在ITE，醫療保健和工業電子設備等環境中。濾波器的目的是衰減電源，內部電子設備，高速數據線等的組合所產生的源自設備的輻射。
內部電源通常單獨滿足法定排放標準，通常為EN 55011 / EN 55032，那么為什么需要額外的過濾器？兼容組件不一定能保證兼容系統。如果有多個AC-DC轉換器，則它們的發射可能會增加。此外，還將在特定的特定條件下測試AC-DC，這些條件包括：交流線阻抗，部件相對于接地平面的負載，方向和位置，設置的長度和電纜的布線以及無源負載。安裝在設備中的轉換器不會看到這些相同的條件，并且排放可能更高。與終端設備電源插座的連接也可能吸收來自其他系統組件的輻射，從而增加了傳導干擾。
符合EMI要求可能需要其他濾波器
一種典型的解決方案是安裝在設備電源入口連接器中或附近的模塊化過濾器。為了獲得最佳性能和成本，從眾多可用濾波器中進行選擇并不是一件容易的事，因此為幫助起見，讓我們考慮一種典型的濾波器布置，并研究每個組件的功能。（圖1）。
圖1：典型的模塊化EMI濾波器電路
CX衰減差模噪聲
CX衰減差模噪聲，即從線路到中性線的噪聲。它是額定值為“ X”的電容器，根據環境的“過電壓”等級，它可以承受指定的交流線路瞬變。根據EN 60384-14，它可提供X1，X2或X3類型，其峰值額定工作電壓分別為4kV，2.5kV和1.2kV。如果電容器由于應力而短路，則有引發火災的危險，因此該組件必須經過安全機構認證。
CX的電容值
CX的電容值可能很高，僅受實際考慮限制：當AC線被下游電路或R1斷開連接時，它必須在規定的時間內放電，以避免連接器引腳上殘留潛在的危險電壓。根據ITE和媒體安全標準EN 62368-1，如果CX大于300nF，則在兩秒鐘后，限制將小于60V，對于小于300nF的值或在只有經過培訓的人員才能使用的環境中，才可以使用更高的電壓。
在醫療設備中，根據EN 60601-1，限值在一秒內為60V，但如果CX小于300nF，則沒有要求。
R1必須具有最高的連續線路交流電壓額定值，并且根據EN 62368-1，如果在保險絲之前安裝R1，它還必須承受不超過10％電阻值偏差的瞬態電壓。對于較大的CX值，R1必須具有較低的電阻才能達到放電時間規格，因此會產生大量連續功耗。當試圖滿足美國能源部和歐洲ERP指令定義的空載或待機損耗限制時，這可能會出現問題。
L是一個“電流補償”雙繞組電感器，該電感器衰減通常由高開關頻率電壓產生的共模噪聲，該高開關頻率電壓通過內部電源電容將噪聲電流驅動到地，再通過線路和中性線返回，從而將噪聲電流驅動到地。如圖所示，從正常運行電流產生的磁場相抵消，并且線路和中性線上的“共模”電流都“看到”了高阻抗。
電容器CY
兩個電容器CY轉移了電流，因此電流在本地循環而不是通過交流電源。當運行電流場消除并防止鐵芯飽和時，L1可以是一個高值，但有時會故意降低繞組耦合以允許一些漏感，這有助于差分模式衰減，也許會降低CX的值。
兩個電容器CY也必須通過安全機構認證，因為如果一個電容器短路故障并且設備接地斷開，則設備外殼可能帶電。即使沒有電容器故障，如果不小心斷開了接地連接，也會對外殼產生足夠的“泄漏電流”以產生電擊，因此電容值受到限制，以提供最大的“接觸”和“外殼”泄漏電流根據適用的標準。在某些帶有硬線接地的工業區域，限值可能會達到毫安，在“心臟浮動”醫療環境中，限值會低于10μA。電容器也根據交流電源等級來指定；Y1，Y2，Y3和Y4，用于最高8kV的峰值測試電壓。
保險絲
圖1中的保險絲通常包含在面板安裝的模塊化濾波器中，例如流行的IEC320-C14類型（圖2）。一些標準要求僅將線路連接熔斷，而醫療和IT中的其他標準則要求將線路和中性線熔斷。使用單熔斷器時，如果輸入意外接反，則熔斷器處于零線，并在中性點和地線共用時被旁路，從而使保護依賴于上游熔斷器或斷路器，這可能是其他設備所共有的，因此具有高電流跳閘額定值。
流入經過過濾的設備的電流可能會引起火災。使用線路和中性保險絲時，現在涵蓋了反向電源。但是，如果中性線連接中的保險絲因諸如中性線到中性線過電流的故障而斷開，則該設備顯然是“死線”，但內部存在帶電連接。為了解決這個問題，可以使中性保險絲的值比線路高一個步驟，這樣線路保險絲通常會先斷開。
圖2：典型的熔斷式面板安裝EMI濾波器
模塊化過濾器的選擇模塊化過濾器有多種機械格式可供選擇。機箱安裝類型通常帶有六面屏蔽，可直接固定到接地的機箱，在短線連接保險絲和入口連接器的情況下非常有效。帶內置過濾器的IEC入口連接器是螺釘安裝或卡入式安裝的常見選擇，根據應用環境可使用一個或兩個保險絲。C14類型的額定電流為10A，C20類型的額定電流為20A及更高。
圖3：AC-DC電源，僅內部濾波器
對于醫療應用，每種類型的版本都可以不帶“ Y”電容器，最大泄漏電流通常為5μA。這減少了共模噪聲衰減，例如，級聯濾波器可能需要允許這種共模噪聲衰減。
負載功率設置濾波器的額定電流，以實現最低的輸入電壓和負載功率因數。例如，對于300W的負載，功率因數在最小為90VAC時為0.8，則電流消耗為300 /（0.8 x 90VAC）= 4.16A，建議使用額定值為5A的濾波器。
模塊化濾波器已經發布了隨頻率變化的衰減圖，可以在不使用濾波器的情況下通過測量性能來初步選擇一種類型，然后從目標中減去該值以得到所需的濾波器衰減。濾波器的性能數據是在特定測試條件下進行的，通常具有50歐姆的源阻抗和負載阻抗，因此實際上衰減取決于端電路。
交流電源阻抗可以使用線路阻抗穩定網絡（LISN）進行標準化，但負載可能與50歐姆非常不同，隨頻率變化甚至呈現負增量阻抗。還存在與其他串聯濾波器發生諧振而導致意外結果的危險，甚至會放大而不是衰減特定頻率下的EMI。
作為實驗，繪制了XP Power PBR500PS12B型AC-DC轉換器在230VAC和180瓦負載下的EMI性能，結果如圖3所示。該轉換器符合EN55032曲線B的排放限值，并具有良好的裕度作為標準要求的準峰檢測。添加了一個額外的濾波器，類型為XP Power FCSS06SFR，其衰減特性如圖4所示。實線是共模和點線差模衰減。
圖4：XP FCSS06SFR模塊化濾波器
圖5給出了對發射的綜合影響圖，表明在大約1MHz的頻率下，總衰減（dB）為原始值加上濾波器值。但是，在幾個MHz以上，衰減比預期的要小。這是由于濾波器在高頻下無法“看到” 50歐姆的端接，從而降低了其衰減效果，并確認了進行實際測量以確認符合發射限值的必要性。
圖5：添加了外部濾波器的AC-DC電源
手頭的幫助
模塊化EMI濾波器的類型和性能是一個復雜的選擇，對于正確地避免在產品發布應該接近時在EMC測試中潛在的重新設計成本來說至關重要。大型過濾器的過度殺傷成本很高，甚至會適得其反，產生意想不到的結果。制造商XP Power提供各種濾波器來補充其AC-DC轉換器產品，并選擇IEC和機箱安裝格式的額定電流和衰減特性。版本適用于所有應用，包括醫療用低泄漏類型，還有針對大電流和三相應用的更多計劃。多級濾波器也可用于增加衰減以及根據需要定制版本。