徐晨琛　王世山

（南京航空航天大學(xué)江蘇省新能源發(fā)電與電能變換重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　南京　210016）

計(jì)及混合噪聲的集成式EMI濾波器設(shè)計(jì)

徐晨琛王世山

（南京航空航天大學(xué)江蘇省新能源發(fā)電與電能變換重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室南京210016）

噪聲測(cè)量是EMI濾波器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，噪聲測(cè)量中由于噪聲電流的不平衡，一種形成機(jī)理類似于共模（CM）噪聲卻通過(guò)差模（DM）模塊進(jìn)行抑制的噪聲被稱為“混合（MM）噪聲”，該噪聲對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)具有重要的影響。通過(guò)分析MM噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，將其區(qū)別與傳統(tǒng)的DM噪聲與CM噪聲；探索了DM模塊在MM噪聲抑制中的作用，DM模塊的功能由利用阻抗不匹配原理對(duì)噪聲進(jìn)行抑制變?yōu)槔米杩共黄ヅ湟约白杩蛊胶夥謩e對(duì)傳統(tǒng)DM噪聲和MM噪聲進(jìn)行抑制。以集成式EMI濾波器中的平面型EMI濾波器和母線型EMI濾波器為例，研究了MM噪聲對(duì)該類濾波器設(shè)計(jì)的影響，并闡述了考慮MM噪聲后對(duì)集成式EMI濾波器的制作、材料等方面的影響；基于傳統(tǒng)噪聲理論及MM噪聲理論分別設(shè)計(jì)了一臺(tái)EMI濾波器。研究表明，計(jì)及MM噪聲后設(shè)計(jì)的EMI濾波器性能更優(yōu)良。

差模噪聲共模噪聲混合噪聲集成式EMI濾波器噪聲分離

0　引言

EMI濾波器是抑制電力電子系統(tǒng)噪聲的有效手段，EMI濾波器的合理設(shè)計(jì)對(duì)電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著重要作用。一種將被測(cè)試設(shè)備的共模（Common Mode，CM）噪聲與差模（Differential Mode，DM）噪聲分離，根據(jù)實(shí)測(cè)干擾信號(hào)的頻譜，通過(guò)引入衰減曲線得到轉(zhuǎn)折頻率從而確定EMI濾波參數(shù)的設(shè)計(jì)方法能夠快速有效地確定EMI濾波元件參數(shù)［1，2］。

基于差共模噪聲分離的EMI濾波器設(shè)計(jì)具有一定的有效性，然而在AC-DC電力電子系統(tǒng)中，存在一種產(chǎn)生機(jī)制類似于CM噪聲，卻需要通過(guò)DM模塊進(jìn)行抑制的噪聲——混合（Mix Mode，MM）噪聲［3，4］。

據(jù)研究［5，6］，MM噪聲的產(chǎn)生是由于噪聲測(cè)量中，噪聲電流在LISN的兩個(gè)電阻上分布不平衡造成的，該類噪聲電流通過(guò)LISN中的一個(gè)電阻及公共地回路流通，其流通路徑類似于CM噪聲。由于MM噪聲是噪聲電流的分布不平衡造成，CM模塊對(duì)其基本不起作用，DM電容卻對(duì)其起著明顯的抑制作用。

MM噪聲的存在對(duì)CM噪聲和DM噪聲的測(cè)量值存在影響，CM噪聲與DM噪聲的測(cè)量值決定了濾波器元件參數(shù)值，因此，MM噪聲影響著濾波器參數(shù)值的選取。對(duì)于傳統(tǒng)分立式EMI濾波器而言，這種對(duì)參數(shù)值的影響導(dǎo)致的是分立電感與電容選取的不同。對(duì)集成式EMI濾波器而言，濾波器的幾何結(jié)構(gòu)及其所用材料決定了其電容電感值，MM噪聲對(duì)濾波器參數(shù)值的影響將導(dǎo)致集成式EMI濾波器幾何尺寸的改變以及材料選取的不同。

以圖1所示集成式EMI濾波器中的平面型EMI濾波器［7］（見(jiàn)圖1a）與母線型EMI濾波器［8，9］（見(jiàn)圖1b）為例，兩者的幾何尺寸和所選用的高介電常數(shù)材料決定了它們能夠集成的電感值與電容值。CM噪聲值與DM噪聲值決定了它們所需要集成的電感、電容值，MM噪聲對(duì)CM噪聲和DM噪聲的影響將直接導(dǎo)致集成式EMI濾波器所需要集成的電感電容值的不同，從而影響了集成式EMI濾波器的幾何尺寸與材料的選用。

文獻(xiàn)［3］通過(guò)建立MM噪聲下的電路模型分析了MM噪聲機(jī)理。文獻(xiàn)［4］研究了EMI濾波器中各個(gè)模塊對(duì)MM噪聲的影響。MM噪聲的研究主要集中在對(duì)MM噪聲現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與解釋及MM噪聲模型的建立和測(cè)量上［3-6］，而對(duì)于計(jì)及MM噪聲時(shí)集成式EMI濾波器的設(shè)計(jì)有所缺乏，本文在理解MM噪聲機(jī)理的基礎(chǔ)上，研究了MM噪聲對(duì)EMI濾波器設(shè)計(jì)的影響，考慮MM噪聲后對(duì)集成式EMI濾波器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

因此，本文將詳細(xì)闡述MM噪聲的機(jī)理，研究其對(duì)集成式EMI濾波器設(shè)計(jì)的影響，并將通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證和分析。

圖1　集成式EMI濾波器Fig.1　Integrated EMI filter

1　混合噪聲機(jī)理與抑制

EMI測(cè)試中，電源與待測(cè)設(shè)備（EUT）通過(guò)線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）相連，LISN為噪聲提供穩(wěn)定的測(cè)試阻抗［10］。DM噪聲為線與線之間流通的噪聲（見(jiàn)圖2a），CM噪聲為線與地之間流通的噪聲（見(jiàn)圖2b），測(cè)量中DM噪聲電壓和CM噪聲電壓通過(guò)LISN中兩個(gè)電阻上的電壓、獲得，DM噪聲電壓為

圖2　傳導(dǎo)噪聲耦合路徑Fig.2　Noise coupling path of conduct EMI

CM噪聲電壓為

1.1MM噪聲對(duì)CM噪聲和DM噪聲的影響

CM噪聲和DM噪聲的分析一般是基于EUT中整流橋處于開(kāi)通狀態(tài)下，即圖2中二極管VD1、VD4同時(shí)導(dǎo)通以及VD2、VD3同時(shí)導(dǎo)通的情況。

如圖2所示，整流橋?qū)ǎ訴D1、VD4正向?qū)槔?，DM干擾電流通過(guò)R1、C1、VD1、Q、VD4、C2和R2回路流通（見(jiàn)圖2a）；CM干擾電流分別通過(guò)R1、C1、VD1、CP和R2、C2、VD4、CP回路流通（見(jiàn)圖2b），VD2、VD3正向?qū)〞r(shí)情況類似。

在噪聲測(cè)量過(guò)程中由于開(kāi)關(guān)管的對(duì)地電容及公共地阻抗的存在，整流橋關(guān)斷時(shí)，噪聲通過(guò)整流橋中的某一個(gè)二極管、對(duì)地電容及公共地在LISN的一個(gè)電阻上形成噪聲電壓，即MM噪聲電壓。

如圖3所示，Q關(guān)斷時(shí)噪聲電流通過(guò)R1、C1、VD1及公共地對(duì)寄生電容CP充電（見(jiàn)圖3a）；Q導(dǎo)通時(shí)寄生電容CP通過(guò)VD4、C2、R2及公共地放電，產(chǎn)生放電噪聲電流（見(jiàn)圖3b）。由此在LISN的某一個(gè)電阻上產(chǎn)生的噪聲電壓即為MM噪聲電壓。

圖3　MM噪聲路徑Fig.3　MM noise coupling path

MM噪聲電壓的存在對(duì)CM電壓和DM電壓均會(huì)產(chǎn)生影響。以Q關(guān)斷時(shí)為例，此時(shí)MM噪聲電流只流過(guò)LISN中的R1電阻，產(chǎn)生噪聲電壓V1，LISN中的R2電阻上噪聲電壓為0。MM噪聲電壓既反應(yīng)為DM電壓，也反應(yīng)為CM電壓分別為

MM噪聲的存在對(duì)CM噪聲和DM噪聲產(chǎn)生影響，但由于某一個(gè)時(shí)刻MM只沿著某一條路徑流通，此時(shí)不能采用阻抗不匹配的思想對(duì)其進(jìn)行抑制設(shè)計(jì)，阻抗匹配設(shè)計(jì)原理被引入到MM噪聲抑制的設(shè)計(jì)中。

MM噪聲影響著DM噪聲和CM噪聲，但其抑制方法不同與DM噪聲和CM噪聲，為了對(duì)噪聲進(jìn)行有效地抑制，必須將上述噪聲分別考慮。

1.2混合噪聲的抑制

加入濾波器后的噪聲測(cè)試的電氣原理圖如圖4所示，其中CX1、CX2為差模電容，CX1與LISN側(cè)連接，CX2與EUT側(cè)連接。

圖4　LISN和EMI濾波器Fig.4　Typical EMI filter topology

如圖4所示，DM電容對(duì)DM噪聲的抑制效果取決于與其相連的參數(shù)阻抗值之間的不匹配程度，即CX1與LISN差模阻抗的不匹配程度以及CX2與EUT差模噪聲源阻抗之間的不匹配程度，阻抗不匹配條件為

MM噪聲通過(guò)LISN中的某一個(gè)電阻流通并在該電阻上產(chǎn)生噪聲壓降。加入EMI濾波器后由于濾波器DM電容的存在，整個(gè)電路的阻抗趨于平衡，MM噪聲會(huì)被較為“平均”的分配到LISN的兩個(gè)電阻上，MM噪聲被抑制。DM電容對(duì)MM噪聲的抑制程度決定于MM噪聲被平衡的程度，LISN上電流的平衡條件為

在測(cè)試EUT的噪聲時(shí)，由于沒(méi)有DM電容的存在，MM噪聲不能被平衡，影響了測(cè)試的噪聲值。為了將MM噪聲平衡，噪聲測(cè)試時(shí)需要在EUT的前端加上平衡電容Cb如圖5所示。以MM噪聲對(duì)CP充電為例，由于平衡電容的存在，MM噪聲被較為平均地分配到LISN的兩個(gè)電阻上。此時(shí)由于LISN中兩個(gè)電阻上的噪聲電壓幾乎相等，MM產(chǎn)生的DM噪聲壓降被消除，而CM噪聲壓降幾乎不變。該種測(cè)量方法影響了DM噪聲值而沒(méi)改變CM噪聲值。平衡電容Cb的選取需要滿足

式中，fL為噪聲測(cè)量起始頻率150kHz，R為50Ω。

圖5　帶平衡電容的噪聲測(cè)試Fig.5　Noise measurement with balance capacitor

2　集成式EMI濾波器設(shè)計(jì)

集成式EMI濾波器通過(guò)一定的傳輸線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)濾波器中電感、電容的集成［7-9］。與傳統(tǒng)的EMI濾波器類似，集成式EMI濾波器設(shè)計(jì)時(shí)也要將其分解為DM濾波器與CM濾波器［11-13］。

2.1集成式EMI濾波器結(jié)構(gòu)

集成式EMI濾波器采用一定介電常數(shù)的材料與金屬相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)電感、電容的集成，其表現(xiàn)形式有所不同。

集成式EMI濾波器中的母線型EMI濾波器采用帶狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)集成，如圖6所示整個(gè)結(jié)構(gòu)以銅條1及其兩側(cè)的鎳層和銅條2及其兩側(cè)的鎳層的一端為輸入，另一端作為輸出。

母線型濾波器中的DM單元與CM單元均由長(zhǎng)條型陶瓷基板和噴鍍?cè)谄鋬蓚?cè)的鎳層構(gòu)成如圖7所示。但CM單元與DM單元所用的陶瓷材料以及陶瓷板的厚度不相同。

圖6　母線型EMI濾波器結(jié)構(gòu)1，2，3—CM模塊1　4—銅條1　5，6，7—DM模塊8—銅條2　9，10，11—CM模塊2Fig.6　Structure of bas-bar EMI filter

圖7　母線型濾波器單元Fig.7　Basic unit of bas-bar EMI filter

集成式EMI濾波器中的平面型EMI濾波器以圓環(huán)型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)集成?！皥A環(huán)形”平面EMI濾波器以DM電容1的一個(gè)端口作為輸入端口，另外一個(gè)DM電容器的端口9作為輸出端口，如圖8所示。

圖8　平面型EMI濾波器2，3，7，8—銅箔線圈　4，6—LC單元5—漏感層　1，9—差模電容Fig.8　Planar EMI filter

平面型EMI濾波器中CM單元與DM單元均通過(guò)在陶瓷基板上雙面覆銅構(gòu)成，但兩者所覆銅匝的匝數(shù)以及陶瓷基板的介電常數(shù)均不相同，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9　平面型EMI濾波器單元Fig.9　Basic unit of planar EMI filter

集成式EMI濾波器中各個(gè)單元尺寸的參數(shù)決定了濾波器中電感、電容量的大小。變換器CM噪聲與DM噪聲的大小決定所需的電感值與電容值。因此，MM噪聲的存在影響了集成式EMI濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸。

2.2計(jì)及MM噪聲的集成式EMI濾波器設(shè)計(jì)

MM噪聲的存在影響了CM噪聲值與DM噪聲值，DM電容值選取合適時(shí)，DM電容值不僅能夠抑制DM噪聲而且能夠很好的平衡MM噪聲，達(dá)到抑制MM噪聲的效果。

在EUT噪聲測(cè)量時(shí)，沒(méi)有DM電容的平衡，MM噪聲被反映到CM噪聲與DM噪聲中，據(jù)此噪聲值設(shè)計(jì)出的DM單元只單單體現(xiàn)了其阻抗不匹配的作用，而浪費(fèi)了其平衡的作用。

為了準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)出DM單元中體現(xiàn)其阻抗不匹配作用部分的值并利用其自身阻抗的平衡作用，在噪聲測(cè)量時(shí)首先需要將MM噪聲平衡，通過(guò)在EUT前端加入平衡電容Cb來(lái)平衡MM噪聲，如圖10所示。

圖10　帶平衡電容的噪聲測(cè)試Fig.10　Noise measuring with balance capacitor

根據(jù)平衡MM噪聲后EUT的實(shí)測(cè)干擾信號(hào)頻譜確定濾波器各模塊參數(shù)：（1）EUT前端加入平衡電容Cb，平衡MM噪聲。（2）測(cè)量帶有平衡電容Cb的EUT噪聲值，并分離CM噪聲與DM噪聲。

（3）將CM噪聲與DM噪聲的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)的干擾限制對(duì)比，確定CM噪聲與DM噪聲的衰減目標(biāo)。

（4）根據(jù)衰減目標(biāo)確定集成式EMI濾波器CM轉(zhuǎn)折頻率fcm與DM轉(zhuǎn)折頻率fdm。

（5）根據(jù)fcm與fdm確定集成式EMI濾波器中CM電感Lcm、CM電容Ccm、DM電感Ldm和DM電容Cdm。

出于安全考慮，CM電容Ccm不能太大，需要先確定Ccm電容值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般設(shè)計(jì)在1～5nF之間，Ccm電容值確定后確定CM電感值Lcm為

為防止磁心飽和，DM電感Ldm不能太大，Ldm的設(shè)計(jì)需要考慮外電路，集成式EMI濾波器的設(shè)計(jì)中Ldm取值在10～20μH之間，DM電容Cdm為

根據(jù)上述內(nèi)容確定集成式EMI濾波器中各個(gè)部件的參數(shù)值后需要從集成式EMI濾波器本身出發(fā)集成出相應(yīng)的電感、電容值。

集成式EMI濾波器中DM電容極間的介電常數(shù)較高，邊緣效應(yīng)可以忽略而當(dāng)作平行板電容器，其DM電容值Cdm為

式中，εdm是DM模塊中基板的介電常數(shù)；hdm是DM單元中基板的厚度；sdm是有效的金屬層面積。對(duì)于平面型EMI濾波器而言，sdm是覆在陶瓷板上有效的環(huán)形銅匝面積（見(jiàn)圖9），為了增大面積，DM電容采用1匝的銅匝結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖9b）。對(duì)于母線型EMI濾波器而言，sdm是覆在陶瓷板上長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)的有效金屬面積（見(jiàn)圖7），為了增加母線型EMI濾波器對(duì)噪聲的“吸收”功能，金屬采用鎳。

集成式EMI濾波器的CM電容值Ccm為

式中，εcm是CM模塊中基板的介電常數(shù)；hcm是CM模塊中基板的厚度；scm是CM單元中有效的金屬層面積。平面型EMI濾波器中，為了實(shí)現(xiàn)CM電容與CM電感的集成，采用多匝銅匝的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖9a）。其集成的CM電感值Lcm為

式中，le和Ae為平面型EMI濾波器中CM模塊的有效磁路長(zhǎng)度和面積；N為集成基板上銅匝的匝數(shù)；Ldm的需要值一般較小，通過(guò)Lcm的漏感實(shí)現(xiàn)。母線型EMI濾波器采用傳輸線與濾波器結(jié)合的形式，其CM模塊能夠集成的電感量非常小，需要通過(guò)外加一定的電感來(lái)彌補(bǔ)其電感量的不足。

根據(jù)本課題組研究，由解析表達(dá)式計(jì)算的各模塊參數(shù)已經(jīng)可以滿足準(zhǔn)確度要求，當(dāng)然也可以采用有限元建立各部分模型，計(jì)算各模塊參數(shù)以進(jìn)一步提高準(zhǔn)確度［14-16］。

3　濾波器設(shè)計(jì)方案及測(cè)試

3.1計(jì)及MM噪聲集成式EMI濾波器設(shè)計(jì)實(shí)例

本文針對(duì)一臺(tái)PFC+Flyback電路，在未考慮MM噪聲以及考慮MM噪聲時(shí)分別測(cè)量該電路噪聲并將噪聲分離。DM噪聲的測(cè)量結(jié)果如圖11所示，通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)平衡電容Cb的加入對(duì)起始測(cè)試頻率以及10MHz左右的DM噪聲影響較大。

圖11　DM噪聲測(cè)試Fig.11　DM noise measuring with and without Cb

DM模塊中各個(gè)元件參數(shù)值的確定與DM噪聲值的大小息息相關(guān)，尤其是起始頻率處的噪聲值。測(cè)量CM噪聲，發(fā)現(xiàn)Cb電容的加入對(duì)CM噪聲，尤其是影響參數(shù)設(shè)計(jì)的起始頻率幾乎無(wú)影響，如圖12所示。

圖12　CM噪聲測(cè)試Fig.12　CM noise measuring with and without Cb

DM電容在抑制DM噪聲的同時(shí)通過(guò)平衡的方式平衡了MM噪聲。以往的測(cè)量方法中將MM噪聲作為DM噪聲的一部分，使得設(shè)計(jì)出的DM電容值偏大。

采用EN55022A標(biāo)準(zhǔn)，不考慮MM噪聲的影響，得到CM噪聲與DM噪聲衰減目標(biāo)，如圖13所示，確定CM轉(zhuǎn)折頻率fcm=90kHz，DM轉(zhuǎn)折頻率fdm= 95kHz，設(shè)計(jì)集成式EMI濾波器各模塊參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　集成式EMI濾波器電磁參數(shù)Tab.1　Parameters of integrated EMI filter

加入平衡電容后重新對(duì)EUT進(jìn)行噪聲測(cè)量，平衡電容的加入對(duì)CM噪聲影響不大（見(jiàn)圖12），而對(duì)DM噪聲的測(cè)試影響較大，重新確定DM衰減目標(biāo)如圖14所示。根據(jù)新的衰減目標(biāo)確定DM轉(zhuǎn)折頻率fdm1=105K。CM轉(zhuǎn)折頻率幾乎不變，CM模塊參數(shù)不變，計(jì)算此時(shí)的DM電容值Cdm=80nF。

圖14　DM噪聲衰減目標(biāo)（帶Cb）Fig.14　Attenuation of DM noise （with Cb）

母線型EMI濾波器的DM電容由高介電常數(shù)陶瓷及覆在其兩側(cè)的鎳層構(gòu)成（見(jiàn)圖7）。由式（12）可知DM電容的值由其基板介電常數(shù)、基板厚度以及有效鎳層面積決定。

母線型EMI濾波器的制作過(guò)程中，厚度的控制最為關(guān)鍵。厚度越薄，越容易造成基板壓制過(guò)程中的碎裂以及燒制過(guò)程中的碎裂、變形。傳統(tǒng)工藝中陶瓷片的加工厚度極限是1.0mm、1.5mm和2.0mm的成功率比較高，陶瓷燒制過(guò)程中表面變形的程度不明顯。

以實(shí)驗(yàn)室制備的介電常數(shù)為10 000的陶瓷材料CCTO為基板，設(shè)計(jì)母線型EMI濾波器的DM電容。受限于電力電子系統(tǒng)的體積，DM電容的長(zhǎng)度與寬度都有一定的限制。對(duì)比設(shè)計(jì)不考慮MM噪聲以及考慮MM噪聲下DM電容參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　母線型DM電容尺寸參數(shù)Tab.2　Structure parameters of bus-bar EMI filter

母線型EMI濾波器采用的是傳輸線與濾波器結(jié)合的形式，在保持陶瓷基板的長(zhǎng)度與寬度不變的情況下，考慮MM噪聲影響，陶瓷基板的厚度可由0.88mm增長(zhǎng)到1.1mm。1.1mm厚度的基板已經(jīng)大大減輕加工工藝的壓力，燒制過(guò)程中出現(xiàn)裂紋以及表面形變的情況也大大降低，保證了母線型EMI濾波器單元加工的質(zhì)量。

同樣根據(jù)噪聲衰減目標(biāo)確定平面性EMI濾波器的轉(zhuǎn)折頻率，平面型EMI濾波器DM電容模塊設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3　平面型差模電容尺寸參數(shù)Tab.3　Structure parameters of planar EMI filter

保持平面型EMI濾波器基板的厚度與線寬不變，考慮MM噪聲后，平面型DM模塊上覆著的銅的長(zhǎng)度減小，銅線長(zhǎng)度的減小使得所需的平面型DM模塊的面積減小，降低了濾波器的體積，使平面型EMI濾波器更集成化、小型化。

3.2噪聲抑制效果

考慮MM噪聲后設(shè)計(jì)的DM電容能否保證對(duì)噪聲的抑制是設(shè)計(jì)是否成功的關(guān)鍵，本文采用實(shí)驗(yàn)對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證。

不考慮MM噪聲時(shí)，以EN55022為噪聲抑制標(biāo)準(zhǔn)，抑制本文中的PFC+Flyback噪聲，加入集成式EMI濾波器后CM噪聲和DM噪聲抑制效果如圖15所示。

圖15　噪聲抑制效果Fig.15　Effect of noise suppression

MM噪聲影響著集成式EMI濾波器中DM電容的設(shè)計(jì)，考慮MM噪聲后設(shè)計(jì)的EMI濾波器，對(duì)同一變換器進(jìn)行噪聲抑制，其抑制效果如圖16所示。

由圖15、圖16的抑制效果可知，兩種方法下設(shè)計(jì)的EMI濾波器均能將噪聲抑制到標(biāo)準(zhǔn)以下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)噪聲的有效抑制。

考慮MM噪聲后的設(shè)計(jì)影響了集成式EMI濾波器的幾何尺寸，母線型EMI濾波器在保證了EMI濾波器對(duì)噪聲的抑制效果時(shí)降低了對(duì)EMI濾波器加工工藝的要求，使得母線型EMI濾波器的模塊制備的成功率大大提高。平面型EMI濾波器在考慮MM噪聲后的設(shè)計(jì)減小了平面型EMI濾波器的面積，使得平面型EMI濾波器更加集成化、小型化。

圖16　考慮MM噪聲后抑制效果Fig.16　Effect of noise suppression with MM noise considering

4　結(jié)論

本文闡述了MM噪聲的產(chǎn)生機(jī)理及抑制方法，研究其對(duì)集成式EMI濾波器的設(shè)計(jì)影響，基于MM噪聲理論設(shè)計(jì)了集成式EMI濾波器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性，得到如下結(jié)論：

（1）傳統(tǒng)的CM、DM噪聲被分解成CM噪聲、DM噪聲和MM噪聲，豐富了噪聲分離理論。噪聲的有效解耦使濾波器中DM模塊和CM模塊的設(shè)計(jì)更具有針對(duì)性、有效性。

（2）基于MM噪聲理論的集成式EMI濾波器的設(shè)計(jì)降低了集成式EMI濾波器對(duì)加工工藝以及高介電常數(shù)材料的依賴程度，使得具有較高介電常數(shù)同時(shí)具有穩(wěn)定性的材料成為可能。

（3）采用平衡法測(cè)量噪聲充分利用了DM電容的“平衡”噪聲電流能力，MM噪聲理論進(jìn)一步完善了基于噪聲分離的EMI濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)，為其參數(shù)有效而準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

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Integrated EMI Filter Design Considering Mix-Mode Noise

Xu ChenchenWang Shishan
（Jiangsu Key Laboratory of New Energy Generation and Power Conversion Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing210016China）

Noise measurement plays an important role in the design of EMI filter. Due to the imbalance behavior of noise current flowing through a LISN，the mix-mode （MM） noise is generated. The generation mechanism of the MM noise is similar to the common mode （CM） noise，but it is suppressed by using differential mode （DM） capacitor. Based on the study of MM noise，the differences between the MM noise and the conventional noise （including conventional DM noise and CM noise） are explored. The suppression mechanism of MM noise is explored. The function of DM part is attributed into two distinct parts： impedance mismatch for conventional DM noise and noise current balancing for MM noise. The bus-bar EMI filter and the planar EMI filter，representative EMI filters of integrated EMI filters，are analyzed. Based on the analyses，the effects of MM noise emission on the design of bus-bar EMI filter and planar EMI filter are explored. The effects on the selection of material and the production of integrated EMI filter are elaborated. The newly designed examples considering MM noise are presented and experiments are carried out to verify the analysis. The effectiveness of the newly designed EMI filters on the suppressing of noise and the accuracy design of the parameter of EMI filters are shown from the conducted experiments.

Differential mode noise，common mode noise，mix-mode noise，integrated EMI filter，noise separation

TM713

徐晨琛女，1987年生，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏﹄娮酉到y(tǒng)的電磁兼容。

王世山男，1967年生，博士，副教授，研究方向?yàn)殡娏﹄娮酉到y(tǒng)的電磁兼容、電氣設(shè)備的多物理仿真技術(shù)。

國(guó)家自然科學(xué)基金（51177071），臺(tái)達(dá)環(huán)境與教育基金會(huì)《電力電子科教發(fā)展計(jì)劃》（DREK2013004），研究生創(chuàng)新基地（實(shí)驗(yàn)室）開(kāi)放基金（kfjj120204）和江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目資助。

2013-10-09改稿日期 2014-12-02