对症下药 Saber仿真EMI传导成功实例详解

2014-11-03 10:42 来源:电子信息网 作者:兔子

从仿真结果看,差模电压为7.5uV,可见差模电感对称放置对共模转化为差模有很明显的抑制作用。在实际当中,由于成本和空间所限,经常只能加入一个差模电感,这样不可避免的会引入阻抗不平衡。那么我们的解决方法为,可以通过加大输入端的X电容来解决。我们来通过实例说明一下。下图中是加了一个100uH电感,同时在输入端加0.1uF X电容的效果:

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加入电容后效果

差模电压为10uV,远低于前面数据中的166uV,差异仅仅是一颗0.1uF的X电容。如果继续加大X电容,效果应该更好。

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测试结果

将X电容从0.1uF改为0.47uF后,差模电压从10uV降为2.2uV。可见加大X电容对共模转差模的抑制作用明显。由此可见,我们在L或N中加入差模电感,会引起阻抗不平衡导致共模转化为差模;将差模电感对称放置,可以抑制这种转化;在L或N中加入差模电感,同时在输入端放置X电容,并且根据情况加大这个电容,也可以抑制这种转化。(尤其是第三点,大家可以看一些大厂的经典设计,很多都是输入端进来就是一个X电容,这个不是随意放置的,是有EMI的设计理念在里面。)

2、EMI传导中差模转化为共模的原因以及对策

首先建立仿真模型,如下图:

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仿真模型

上面的原理图中,差模电压=V2-Vgnd,共模电压=V1-Vgnd,在saber中,默认参考地就是gnd,因此只要直接看V1、V2电压就可以了。C7和C8为模拟的所加Y电容,仿真中分别设置500pF和0pF来模拟。AC 分析,查看共模电压的频率曲线如下:

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共模电压的频率曲线

同时也看一下,所加Y电容500pF和0pF对差模有什么影响。曲线如下:

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曲线二

从仿真结果可以看出:在Y电容为0pF的时候,共模电压的频率曲线是衰减的。当加入两500pF的Y电容后,共模电压的频率曲线在某个频点发生了转折。说明这频点之后,对共模电压的抑制能力减弱了!实际的表现就是加入Y电容后共模反而变差了。针对这个现象我们可以考虑把之前所加的Y电容放在差模电感的前面。见下图:

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电路图

仿真结果:V1为共模,V2为差模

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仿真结果

在我的这个模型里是的,Y电容加在差模电感前的效果要优于放置在电感后。实际中参数更复杂,要看哪个因素占主导。因此把所加的Y电容放在差模电感前面,可以使转择点往后移,对抑制共模的效果更好。所以在这里我们可以总结为要抑制差模转化为共模需要将Y电容放置在差模电感的前面;使L/N线阻抗平衡,此例中如将差模电感对称放置,这样即使把Y电容放在差模电感的后面,对共模也有好的抑制效果。

经过以上的实践,我们不难看到不管差模转共模还是共模转差模,本质原因都是阻抗不平衡引起的。信号都是走低阻抗路径,在不同的频率下,线路阻抗在变化,信号走向在变化,就出现了互相转化结果。知道了这其中的道理,在碰到相关的问题的时候,解起来就会有事半功倍的效果。

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EMI saber

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