如何有效进行DC-DC变换器的EMI滤波设置

在日常工作中，为了防止DC-DC变换器在运行过程中产生过多的干扰信号，需要工程师针对EMI滤波进行有效的设置。在今天的文章中，我们将会就如何减少DC-DC变换器的输入端噪声展开简要介绍，一起来看看这种开关转换器的EMI滤波方案是如何设置的吧。

就目前国内的开关型DC-DC变换器应用情况而言，多数的开关电源其本身的开关频率都保持在100kHz-1 MHz的范围内，而反射到电网的传导噪声频谱上的主要尖峰通常会来自于开关频率的基频和谐波分量。国内的传导排放标准通产会要求将反射传导噪声限制在150 kHz至30MHz范围内，而为了符合这个要求，就需要让所有的高峰频谱传导噪声必须低于规定的限度。

在了解了这种EMI的限制条件后，接下来我们就需要针对这种开关型转换器的滤波方案进行组件设置及封装选择了。通常情况下，DC-DC转换器的EMI滤波器会被设置在一个单独封装内，这种设置情况如下图图1所示。一般EMI滤波器是穿孔式的，带上共模扼流圈和Y电容，再加两个电感器和X电容（即线到线）。瞬变保护由Z1负责。这结构的输入损耗足以符合级别B传导排放标准。

图1 符合EN55022级别B标准的EMI滤波器

然而在实际开关电源以及EMI滤波器设计过程中，一般的电源设计都加上电容、电感及滤波器来减少或衰减共模和常模传导噪声。首先，加上个别组件或滤波器对噪声谱的影响，显示了一个全共模滤波器导致的结果。它们的效果可以在噪声频谱上显示出来。下图中，图2a的左边显示一个48V输入DC-DC转换器，在输入端接上一个差模电容C1，该差模电容的参数为120F，100V。用以保持低输入阻抗，稳定电压和提升瞬变反应。它为模块储能，在使用过程中越靠近输入端，其效果越好。

现在我们以一个DC-DC模块加一个电容器作为基础，进行EMI滤波设置。在图2中，图2a右边的图谱显示了一个48V输入，150W满载工作的DC-DC转换器连接差模电容后的噪声含量，及按级别A和B要求的EMI和谐波标准。如果只加上差模电容，转换器明显不能满足要求。因为电源元件不是为配合任何指定的EMI标准而设计的。图2b显示加上旁路电容及差模电容的情形。注意每个接在输入端上旁路电容是与基板接地的，而每个接在输出端上旁路电容是与基板连接的。通常的电解电容值是4700pF，100V的Y电容。噪声水平虽仍未能达到标准，但已有很明显的改善。相对于3.3V半载，48V输入、满载应用所产生的噪声较高，但从图2b的图谱显示，已经有明显的改善。就算加上一个27H的差模电感L1如图2c所示，低频噪声仍达不到级别B的标准。图2d显示加上共模扼流圈后的情况。由于共模扼流圈也具差模电感，可取代差模扼流圈。共模电感加强了Y电容的能量。这是由于共模扼流圈对转换器产生之共模噪声形成高阻抗，使噪声沿着较低阻抗之路径，经Y电容传到地。

（a）

（b）

（c）

（d）
图2 48 V、150 W DC-DC转换器接上不同器件的噪声频谱

从图2中可以看到，48V的DC-DC变换器的噪声现时只是稍高过级别B标准，需要再加上滤波器。而在3.3V的转换器应用中，在加上一个共模滤波器后，不论是满载或半载都完全符合级别B的标准。因此这种EMI滤波设置的方法是可行的。