电子计价秤传导EMI噪声诊断与抑制

　一、传导 EMI噪声问题描述

　　某型号电子计价秤在进行型式评价检测时，电磁兼容检测项目中的电源端子传导测试不能通过标准要求。测试结果如表 1 所示，测量限值按GB9254- 2008标准[1]设定，数据显示 EMI 噪声频率为 12MHz噪声及其谐波。

　　对该型号电子计价秤进行分析，设备硬件基于8951 单片机控制，对该设备的数字电路分析可以发现，单片机的振荡频率由一个 12M的晶振提供，该晶振极有可能是引起EMI 噪声超标的主要原因。

　　因为该电子计价秤的EMI 噪声超标点以晶振频率12MHz的倍频为主，故应针对 12MHz及其倍频设计 EMI噪声滤波器，在相应频带内抑制EMI噪声.

　　二、EMI噪声诊断与分析

　　根据表 1 所示的 EMI 噪声超标数据来看，需要抑制 12MHz、18MHz 和 24MHz 频点处传导 EMI噪声，传导 EMI 噪声分为共模噪声和差模噪声，不同模态噪声有不同的产生机理和抑制方法，必须知道具体模态噪声大小才能进行噪声抑制设计，而表 1 的结果通过 LISN(Line Impedance StabilizirgNetwork) 测量得到，只能给出总噪声而无法给出不同模态噪声的具体信息，因此必须对传导 EMI噪声进行分离。共模、差模干扰噪声与火线、中线噪声的关系可以用式 (1) 表示。

　　使用文献[2]提出的噪声分离网络实现式 (1)中传导EMI 噪声分离，记录传导噪声超标点的分离结果如表 2 所示，由传导噪声分离结果可知，该噪声以共模噪声为主，应当设计共模滤波器抑制传导噪声。

　　三、共模 EMI滤波器优化设计

　　EMI 滤波器是抑制传导 EMI 噪声的有效方法，EMI 滤波器根据端口阻抗最大不匹配原则设计，包括差模滤波器和共模滤波器，根据上文的噪声分析可知，本文研究的电子计价秤噪声以共模噪声为主，因此只需要设计共模滤波器。EMI 滤波器的负载阻抗为LISN 阻抗，对于共模而言其阻抗为25Ω，输入阻抗则视被测设备的阻抗而定，可以通过电流探头和矢量网络分析仪的方法[3]，对被测设备内阻抗进行测量，共模滤波器的端口阻抗如图 1(a) 所示。典型的共模滤波结构如图 1 (b) 所示，主要包括共模扼流圈 LCM和共模滤波电容 Y，由于寄生参数的存在，共模扼流圈等效为理想电感并联寄生电容，共模滤波电容则等效为一个理想电容串联寄生电感，典型的EMI 滤波器很难实现理想的滤波效果。为此，必须从减小寄生参数的角度对共模 EMI 滤波器进行优化。

　　共模滤波电容的优化结构如图 2 (a) 所示，将CY用 n 个并联且容量均为 CY/n的小电容代替，若 CY寄生电感为 ESL，则每个小电容的寄生电感为ESL/n，寄生电感之间并联，等效总寄生电感为ESL/n2，大大减小了滤波器电容引起的寄生电感。同时，出于对尺寸、重量、经济性以及高频寄生参数的考虑，共模扼流圈的电感值不宜过大，因此需加入辅助电感来补偿共模扼流圈的抑制效果。根据共模噪声传输路径，在设备的火线、中线和地线上分别加上相同大小的电感 LCML、LCMN和 LCME，结构如图 2 (b) 所示，共模回路中的总电感可以用公式 (2) 表示，回路总电感增大，辅助电感配合共模扼流圈 Lchoke进一步对共模噪声进行抑制。