(1) 通过商用电源线传导的噪声
尽管图5-2-1给出了测量电子设备接口电缆所发射噪声的示例,但是相对较低频率范围内的噪声传导却成为电子设备电源线面临的一个问题。在电源线中,共模和普通模式也是问题所在。
开关电源是发射噪声到电源线的典型噪声源之一。图5-2-12给出了测量开关电源噪声的示例。
交流电源线上的噪声测量使用了一种探针,用于测量如图5-2-12(a)所示电源线上的LISN(Line Impedance Stabilizing Network: 线路阻抗稳定网络)噪声,并测量通过电源线传导的噪声。此处,在去除内置于开关电源静噪滤波器的情况下进行测试。测量的频率范围为150kHz到30MHz,使用了频谱分析仪测量峰值。
如图5-2-12(b)的测量结果所示,在150kHz的整数倍处观察到了强烈的噪声; 150kHz是开关电源的开关频率。因为图表中的频率轴为对数,在超过1MHz的高频率范围内噪声间隔似乎更小。但是,仔细观察就会发现,这个范围内的间隔也是150kHz。
图5-2-12 测量开关电源噪声的示例
(2) 噪声模式的分离
图5-2-12中所示的测量结果表示了每条线路到接地的电压。尽管测量结果显示为Va和Vb,但在两条线路上观察到了几乎相同电平的噪声。这就是观察共模和普通模式的混合。通常噪声规定会设定一个电压限值。
如果您使用特定的LISN(如支持CISPR 16的LISN),可以分别观察到噪声中的共模和普通模式。图5-2-13显示了从图5-2-12的测量结果中分离出来的结果。在图中,Sym(对称)表示普通模式,而Asym(不对称)表示共模。
图5-2-13的测量结果表明,普通模式在开关电源的较低频率范围内更强,而共模在较高频率范围内更强。这种趋势在开关电源中很常见。
图5-2-13 分离共模和普通模式进行测量的示例
(3) 验证静噪滤波器的效果
图5-2-14展示了验证图5-2-11所示静噪滤波器的各个远件对于图5-2-13所示开关电源噪声的效果如何的结果。
图5-2-14(a)给出了连接图5-2-11所示所有组件时的测量结果。相比图5-2-13(b)中未使用这些元件时的测量结果,噪声得到了很好地抑制。
图5-2-14(b)到(d)显示了逐个减去图5-2-11所示静噪滤波器元件时的结果。可以得知,X电容器主要对普通模式有效,Y电容器主要对共模有效,而共模扼流线圈对两种模式都有效。因此,可以确定,对于消除本示例中所示普通模式和共模的混合噪声,这三个元件都是不可或缺的。
(4) 在完全消除噪声后减去某元件可轻易看出其效果
一般而言,即使逐个连接每个元件,也很难成功地观察到噪声抑制的效果,因为微弱噪声的任何改变都被强烈噪声所掩盖。因此,首先创建如图5-2-14(a)所示的噪声抑制状态,然后逐个减去各个元件,以便验证每个元件的效果,从而轻易判定每个元件的作用和必要性。这种方法不仅适用于检查传导的噪声,而且也适用于针对发射的噪声采取措施时验证各元件的有效性。
尽管可能出乎您的意料,但共模扼流线圈也在消除图5-2-14(c)普通模式中发挥了作用。这是因为共模扼流线圈包括了针对普通模式的较小电感。电源使用共模扼流线圈时,较小的电感有时会以这种方式对普通模式产生影响。共模扼流线圈解释中将介绍进一步的详细信息。
图5-2-14 观察不同噪声滤波器的效果