[现象描述]

图1  某产品电源滤波电路原理

 某塑料外壳产品，其AC电源入口的滤波电路如图1  所示，从图1  所示的电路原理图可以看出，滤波电容中采用两级Y电容的共模滤波，Y电容CY2和CY1分别位于共模电感M的两边。PE是产品的接地端子，传导发射试验频段范围为150kHz～30MHz，进行传导骚扰测试时，该产品放置在0.8m高的绝缘台面上，测试结果显示传导发射超标（见图2 ）。

图2某产品修改前的传导发射测试结果

  在图2中，测试结果在整个频段上除了个别点都能满足限值要求，测试过程中,虽然经过多次改变电感电容的参数，但是效果并不明显，超标的个别频率点依然无法消除。另外，从测试结果可知，超标的频率点在2 MHz -3MHz，且与装置采用的CPU晶振等频率并无明显相关关系。在解决电子产品的传导骚扰问题时，尝试割断电容CY1对地引线，测试结果见图3，发射值在整个频段范围内都降低了很多，测试通过。

图3 修改设计后的传导发射测试结果

[原因分析]

 对于传导骚扰问题的分析，可以从传导骚扰测试的实质出发，分析流过LISN的骚扰电流大小。根据电源产品传导骚扰的原理和传导骚扰测试的原理，可以画出如图4所示的塑料外壳产品存在CY1时传导骚扰问题的分析原理图。

图4 塑料外壳产品存在CY1时传导骚扰问题的分析原理图

根据图4塑料外壳产品存在CY1时传导骚扰问题的分析原理图所示,开关电源产生的传导骚扰共模电流ICM 在产品的电源端口和测试系统中的LISN之间产生分流，其主要路径分为两路，一路流向PE接地线，即图4中的IPE;另一路流向LISN,即图4中的ILISN,它直接决定着传导骚扰的测试结果（共模传导骚扰）。从图4.58也可以看出，ILISN的大小取决于PE点与参考接地板之间的电位差，或A/B点与参考接地板之间的电位差，当A/B、PE与参考接地板之间的电位差都等于零时（即PE线无阻抗，CY2和CX1滤波完美），ILISN的大小将等于零。但是实际上，PE接地线是一根约1m长的线，其寄生电感约为1µ H(较长导线的寄生电感与电缆粗细影响不大，粗细只影响电缆的等效电阻)。这种情况下,当共模电流I PE(图4中所示)流过PE线时，PE线上产生点压降ΔV 就像一个电压源一样，使LISN上流过一个电流ILISN, 即ILISN必然不等于零，如图5 (b)所示。共模电流ILISN的大小在PE线寄生电感一定的情况下，取决于LISN的接电源线处到产品中接地点PE之间（即图5 (b)中C/D到PE之间）的阻抗。对于本案例产品的滤波电路设计来说，LISN的接电源线处到产品中接地点PE之间存在两条路径，第一条是：LISN接电源线处通过CY1到产品中接地点PE（即图5(b)中ILISN2电流所在的路径）；第二条是：LISN接电源线处通过共模电感M和CY2到产品中接地点PE（即图5 (b)中ILISN1电流所在的路径）。由于第一条路径的阻抗要远小于第二条路径上的阻抗(如，CY1为4.7nf,其在3MHz的频率下，阻抗约为10Ω，而共模电感M为10mH时，在3MHz的频率下，阻抗且约为200kΩ)，因此，此时共模电感M相当于被电容CY1旁路，流过LISN的共模电流ILISN没有被共模电感M抑制，传导骚扰测试电平较高。

图5   塑料外壳接地产品存在CY1的共模电流路径分析原理图

割断电容CY2对地引线后，图4  和图5  所示的情况发生了变化，即，此时，流过LISN的共模电流ILISN被共模电感M抑制，共模电感M发挥了作用，使传导骚扰共模电流ILISN降低，测试通过 。无CY1时传导骚扰问题的分析原理图如图6 所示。

图6  无CY1时传导骚扰问题的分析原理图

【处理措施】

图1所示的滤波电路原理图中，在共模电感两侧，分别有一个对地共模电容，表面看来没有什么不妥之处，但从另外一个角度来看，两个电容之间形成了另一个通路，即装置内部的干扰信号通过电容CY1 回到电源端口，旁路了应该发挥共模电流抑制作用的共模电感M而是传导骚扰失败，按以上原理分析，只要去掉共模电感前端的Y电容CY1.就可以使本案例中的产品传导骚扰测试通过，并保持有一定的余量。

[思考与启示]

一味的接地或增加滤波器件并不是抑制电源端口共模传导骚扰的方法，传导骚扰的本质是骚扰电流（包括共模与差模，高频时以共模电流为主）流过LISN，通过滤波电路或接地改变骚扰电流的流向，不让骚扰电流流向LISN，并尽量较小流向LISN的骚扰电流的大小才是正确的产品传导骚扰抑制设计的指导思路。

虽然本案例是通过去除CY1来解决传导骚扰的问题，但是并非说图1  所示的滤波电路设计是个错误。前面对流向LISN的共模电流ILISN的分析  是基于产品接地阻抗较高（塑料外壳产品）、CY2电容滤波较为理想（即CY2两端压降在某频率下接近于零）、共模电流ICM主要是从参考接地板返回到产品内部的情况下之上的。

实际上图4  或图5   中A/B点到参考接地板之间的共模电压不但与PE接地线及其上的共模电流大小有关，还有CY2的阻抗有关。实际产品中CY2不可能做到非常低的阻抗，即CY2两端存在共模电压降ΔV’。 此时，图5   (b)的共模等效电路原理图，可以转化为如图7所示的CY2两端存在共模电压降ΔV’导致传导骚扰问题的原理图。

图7  CY2两端存在共模电压降导致传导骚扰问题的原理图

从图7中可以看到CY1的存在，反而旁路了流向LISN的共模电流。也就是说，此时，CY1对电源端口的传导骚扰测试的通过是有帮助的，这与图5所示的情况正好相反。

实际上，PE接地线上共模电流很小的产品通常是带有金属外壳并连接正确的产品。图8  是金属外壳产品存在CY1时传导骚扰问题的分析原理图  。

图8   金属外壳产品存在CY1时传导骚扰问题的分析原理图

对于金属外壳的产品，由于金属外壳的存在，金属外壳可以把大部分开关电源产生的共模骚扰电流在到达参考接地板或LISN之前旁路在金属外壳之内（前提是连接正确）。这样，这种产品的PE接地线上流过的共模电流就会很少，PE接地线上的共模电压ΔV也会很低，CY1导致像如图4   或图5   原理所示产品的传导骚扰影响也很小。相反，CY1对如图7  原理所示产品的传导骚扰的影响却很大。这也是为什么有些产品在电源入口处再增加一个Y电容反而对EMI很有帮助的原因。

可见对于金属外壳来说 ，采用图1所示的滤波电路还是可取的，它会对高频（如10MHz以上，100MHz以下）的抑制带来一定的好处。通常情况下，1000pf左右容值的CY1已经足够了。 原理见如图9    所示。

图9     金属外壳产品存在CY1的共模电流路径分析原理图

低频时，即使是金属外壳的产品也不会对抑制电源端口的传导骚扰带来很大的帮助，那是因为，低频时，CY1的阻抗要远大于比25欧姆（LISN等效共模阻抗），CY1的增加并不会减小流向LISN的共模电流。

滤波器件并非越多越好。同时，本案例可以与书籍《EMC设计与测试案例分析》第三版的案例33：<<电源差模滤波应该如何设计?>>, 案例34：<<电源共模滤波应该如何设计?>>  一起共同构成电源滤波设计的参考文档。