電磁抗干擾電容應(yīng)用：

　　一、關(guān)于傳導(dǎo)騷擾測試規(guī)范

　　學(xué)過信號與線性系統(tǒng)分析的大家都會知道，每一個波形都可以通過傅里葉變換分解為對應(yīng)的正弦波分量。當(dāng)設(shè)備中的“電流/電壓”變化通過電源線、信號線傳播到其他線路時，這個“電流/電壓”的變化被稱為“傳導(dǎo)干擾”。傳導(dǎo)干擾在描述中，應(yīng)該突出的是“通過線路傳播”，這決定了傳導(dǎo)干擾的定義頻帶在30MHz以下。這個頻帶內(nèi)，電磁波的波長較長（一般認(rèn)為比設(shè)備和導(dǎo)線的長度更長），電磁波基本沿導(dǎo)線進行傳播。

　　而由于不同的電流、電壓波形都有各個頻帶的諧波分量，所以每個頻率段都有對應(yīng)的電磁騷擾。舉個典型的例子，固定頻率PWM型開關(guān)電源工作在開關(guān)狀態(tài)，連續(xù)模式下電源線上的電流波是梯形波；由于梯形波可以分解為無限的整數(shù)倍的正弦波以某種關(guān)系疊加，因此其對輸入線的傳導(dǎo)騷擾包含了開關(guān)頻率各整數(shù)倍的頻率點。

　　對于傳導(dǎo)騷擾，《GB9254 信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法》中有講測試分等級，ITE將EUT的測試等級分為A級與B級，并特別標(biāo)明了A級產(chǎn)品可能造成無線電干擾。

　　就電源產(chǎn)品而言，處于電源產(chǎn)品本身性能參數(shù)的考慮，電源電路產(chǎn)品本身可能只需要過A級試驗，而將通過B等級傳導(dǎo)試驗所需要增加的電路稱為外圍電路。規(guī)范中有標(biāo)定設(shè)備端口通過A級與B級測試，準(zhǔn)峰值及平均值的電壓限值。

　　由于頻率段涉及范圍較大，在此引申出另外兩個概念：差模傳導(dǎo)噪聲與共模傳導(dǎo)噪聲。

　　差模傳導(dǎo)噪音是電子設(shè)備內(nèi)部噪音電壓產(chǎn)生的與信號電流或電源電流相同路徑的噪音電流，頻率較低。

　　共模傳導(dǎo)噪音是在設(shè)備內(nèi)噪音電壓的驅(qū)動下，經(jīng)過大地與設(shè)備之間的寄生電容，在大地與電纜之間流動的噪音電流產(chǎn)生的，頻率較高。

　　傳導(dǎo)測試的頻率范圍為150kHz~30MHz，雖然波長還是很長，但是可以認(rèn)為是范圍相當(dāng)大的一個頻率段。而一般習(xí)慣上認(rèn)為，2MHz以下的傳導(dǎo)噪聲超標(biāo)以差模噪聲超標(biāo)為主，10MHz以上的傳導(dǎo)噪聲超標(biāo)以共模噪聲超標(biāo)為主，2~10MHz的傳導(dǎo)噪聲為差模噪聲跟共模噪聲的混合噪聲（這個頻率段的分法不統(tǒng)一，并且設(shè)備不一樣對應(yīng)的分析方式也不同）。

　　二、X電容與Y電容

　　安規(guī)電容是指失效后，不會導(dǎo)致電擊，不危及人身安全的電容器，通常只用于抗干擾電路中的濾波作用。

　　交流輸入線一般由三個端子，火線L（Live），零線N（Neutral），地線PE/G（ProtecTIng Earthing/Ground）。X電容與Y電容的定義，并不是因為材質(zhì)的不一樣（一般都是金屬薄膜電容），而是按接入方式——X電容接在L-N線間，形似“X”；Y電容接在L-PE或者N-PE間，形似“Y”。

　　1、安規(guī)電容中的X與Y

　　既然分作了X電容跟Y電容，二者還是有一定區(qū)別的。除了接法的不同，分級也有區(qū)別。下面比較式地講一下：

　　X電容：

　　X電容跨接在L-N線間，一般用于濾波器中作抑制差模干擾用。因為用途的原因，X電容有以下幾個特點：

　　1）額定電壓應(yīng)當(dāng)與輸入電網(wǎng)電壓相當(dāng)（規(guī)格上標(biāo)識的耐壓AC250V或AC275V字樣），保證不會被加在兩端的電壓擊穿。

　　2）X電容一般容量會比Y電容大些，典型容值是零點幾μF~1μF。

　　3）對于不同要求的設(shè)備，X電容的脈沖耐壓規(guī)格有所不同，X電容一般分為X1/X2/X3種等級，即X1電容使用最多：

　　4）X電容一般使用金屬聚脂薄膜類電容。這種類型的電容，體積較大，但其內(nèi)阻相應(yīng)較小，紋波電流大，容易在瞬間充放電。普通電容動態(tài)內(nèi)阻較高，紋波電流較小，耐壓也難達到規(guī)格。

　　*5）根據(jù)實際需要，X電容的容值允許比Y電容的容值大，但此時必須在X電容的兩端并聯(lián)一個安全電阻，用于防止電源線拔插時，由于該電容的充放電過程而致電源線插頭長時間帶電。安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)正在工作之中的機器電源線被拔掉時，在兩秒鐘內(nèi)，電源線插頭兩端帶電的電壓（或?qū)Φ仉娢唬┍仨毿∮谠瓉眍~定工作電壓的30%。

　　Y電容：

　　Y電容通常被用于電源進線或橋式整流輸出（初級地）對次級地、機架、屏蔽或大地之間，也有用于電源進線整流輸出正對次級輸出正之間，用于對付共模干擾電壓。Y電容漏電或機殼帶電會直接導(dǎo)致操作人員電擊，介于其使用場合，Y電容有以下幾個特點：

　　1）容值不能過大，一般不超過4700pF（GJB151規(guī)定Y電容的容量應(yīng)不大于0.1uF），以抑制漏電流的大小。

　　2）耐壓高，保證在使用場合有充足的安全余量，避免出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象。

　　3）同樣，Y電容也分等級，同樣按照耐壓值分為Y1/Y2/Y4（在最新版標(biāo)準(zhǔn)“IEC 60384-14：2013”中取消了Y3類電容器），并對額定電壓范圍做了新的規(guī)定。

　　網(wǎng)上其實現(xiàn)在還是有很多關(guān)于Y電容的定義跟分類按照舊版本的來。新舊版本基本一致，只是為了適應(yīng)現(xiàn)在電氣設(shè)備更高的工作要求，對Y電容的額定電壓范圍作了修動。

　　4）額定電壓應(yīng)當(dāng)接入兩端壓差相當(dāng)（規(guī)格上標(biāo)識的耐壓AC300V字樣），保證不會被加在兩端的電壓擊穿。

　　5）出于安全方面考慮，230VAC開關(guān)電源中，單個Y1電容使用范圍為1000~4700pF，一般使用1000pF或者2200pF（兩只Y2串聯(lián)達到同等級耐壓要求時容量翻倍），保證漏電流盡可能小。

　　2、關(guān)于電容

　　上面一小節(jié)講了X電容與Y電容的特點，兩者相類似但是又有不同的地方。相比較而言Y電容對安全性能的要求更嚴(yán)苛，需要更小的漏電流，因此容量會較小；此外Y電容有比X電容更高規(guī)格的峰值脈沖電壓要求，同時額定電壓也更高。有些情況下，當(dāng)額定電壓規(guī)格一致，峰值脈沖電壓規(guī)格相符合時，Y電容可作為X電容使用。

　　作為電容器，理想電容器與實際電容器之間總會有一定的差別。原因是電容器及其走線存在寄生電感（ESL）和等效串聯(lián)電阻（ESR）。這種LCR串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性并不是理想電容器的“隨頻率線遞減”，而是存在諧振頻率。

　　

　　在實際電容器的頻率曲線上，諧振頻率點f0時得到阻抗的最小值，稱此頻率點為自諧振頻率，該點的阻抗值為等效串聯(lián)阻抗ESR的大小。頻率低于f0，器件顯電容特性；頻率高于f0，器件顯電感特性。

　　那么，X電容跟Y電容的阻抗特性如何呢？

　　X電容跟Y電容的諧振頻率點都很高。而由于其使用的差異——X電容由于L-N線間，抑制差模噪聲居多，Y電容用于L-PE/N-PE間，抑制共模噪聲居多。而共模噪聲頻率高于差模噪聲，所以理論上為了在共模噪聲頻率有更好的濾波特性，符合實際使用的Y電容自諧振點應(yīng)該比X電容更高。Y2電容在10~200MHz范圍內(nèi)，在短引線的情況下都有較好的濾波特性。

　　X電容一般自諧振頻率在10MHz以內(nèi)，而Y電容一般均可道到40MHz或更高。此外，引線的長度也對電容有很大影響。下面有X電容跟Y電容的阻抗特性圖，數(shù)據(jù)來自《開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計與測試-錢振宇》。

　　3、應(yīng)用電路（關(guān)于開關(guān)電源傳導(dǎo)騷擾的濾除）

　　由于電源回路工作在開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)電源的電磁騷擾一直是比較嚴(yán)重的。以反激拓?fù)錇槔v一下開關(guān)電源的傳導(dǎo)騷擾，同時分析X電容跟Y電容在開關(guān)電源系統(tǒng)中起到的作用。

　　產(chǎn)生：

　　開關(guān)電源的電磁騷擾由很多因素組成，幾種主要原因有：

　　1）變壓器一次側(cè)，由于開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，C1與開關(guān)管S、變壓器原邊Np構(gòu)成高頻電流環(huán)路，環(huán)路面積夠大就會產(chǎn)生空間輻射。在這里C1的濾波顯得尤其重要，C1濾波不足，高頻電流就會傳導(dǎo)到輸入線。

　　2）輸出側(cè)也是工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)C2濾波不足，高頻電流會以差模方式傳輸?shù)絍o。Ns、D、C2構(gòu)成的高頻電流環(huán)路也會對空間形成輻射。

　　3）開關(guān)管集電極與散熱片之間的分布電容Cd會使得高頻開關(guān)電流直接通過Cd耦合到保護地PE上，從而產(chǎn)生共模傳導(dǎo)、輻射干擾。實際上電路的LN線無法完全對稱，所以共模干擾還會轉(zhuǎn)化為差模干擾。

　　4）變壓器原副邊的分布電容Ci，也會耦合原邊的高頻電壓到副邊，加劇輸出端的噪聲。

　　5）整流二極管（一般使用大功率肖特基二極管）在正向?qū)ê驪N結(jié)積聚電荷，在反向電壓加在兩端的瞬間，電荷要消失，就會出現(xiàn)瞬態(tài)浪涌電流。這部分能量也會通過寄生參數(shù)耦合到原邊。

　　6）在系統(tǒng)開關(guān)工作的瞬間，感性負(fù)載變壓器會瞬間在開關(guān)管兩端感應(yīng)出較高尖峰電壓，頻率由變壓器漏感、分布電容，開關(guān)管的寄生電容決定。這個瞬變電壓也會產(chǎn)生電磁騷擾。

　　分析：

　　1）由于系統(tǒng)工作在開關(guān)狀態(tài)，系統(tǒng)輸入端與輸出端都有明顯的高頻開關(guān)電流。要保證輸入濾波電容C1、輸出濾波電容C2容量足夠，保證對高頻變化電壓有較好的濾波作用。輸出濾波電路按需求適當(dāng)改為L型或π型濾波器。

　　2）由于變壓器存在分布電容Ci，會耦合原邊高頻電壓到副邊，加大輸出噪聲；也會耦合副邊高頻變化產(chǎn)生的噪聲，耦合的電壓以共模騷擾的形式在電路中存在。在系統(tǒng)的輸入正到輸出正，輸入地到輸出地之間可以用Y電容連接，Y電容將為共模電流提供回路，從而抑制對輸入或輸出的共模騷擾。

　　3）對于差模傳導(dǎo)干擾，多采用差模電感Ld與X電容構(gòu)成雙π型濾波器的方法，這種方法對于差模噪聲的濾除有明顯效果；對于共模傳導(dǎo)干擾，常采用共模電感作為共模濾波器，使得L-N線上的共模信號相互抵消（由于共模電感的不對稱性，也可以同時與X電容結(jié)合做差模濾波用）。

　　4）CY1/CY2為開關(guān)電源共模傳導(dǎo)騷擾提供了第一級回路，以抑制共模傳導(dǎo)噪聲。在L-N線接入端增加一級濾波Y電容可以進一步衰減共模電流。

　　什么是瓷片電容，它有何意義？

　　電容器變薄但靜電容量卻反而增加的理由

　　根據(jù)數(shù)學(xué)表達式C=ε&TImes;S/d，增大電容器靜電容量的方法有如下3種：

　?、僭龃?epsilon;（介電常數(shù)）

　?、谠龃骃 （電極面積）

　?、蹨p小d （電介質(zhì)厚度）

　　關(guān)于此處的①②，很容易形象直觀地進行想象，但是關(guān)于③卻相反，總覺得厚的電介質(zhì)能夠積聚很多的電荷，

　　但事實并非如此。這是因為電荷是積聚在兩個電極上的，而不是積聚在電介質(zhì)中。

　　首先，我將在使大家了解上述要點的基礎(chǔ)上對如何推導(dǎo)出計算公式進行說明。以下，我將羅列枯燥無味的數(shù)學(xué)公式，敬請諒解。

　　推導(dǎo)C=ε&TImes;S/d

　　圖1 平板電容器

　　如圖1所示，在電極之間的空間兩端加上電壓的情況下，所產(chǎn)生的電場強度為E［V/m］，電壓為V［V］，電極間距離為d［m］，并得出式（1）。

　　E=V/d ［V/m］

　　雖然該電場是因來自電源的電荷而產(chǎn)生的，但是如果通過電力線來描述該電場，根據(jù)高斯定理，Q/ε［根］的電力線從+Q［C］的電荷處出發(fā)，那么在圖1中，Q/ε［根］的電力線從電極A出發(fā)，然后到達電極B。

　　因為電力線密度與電場強度是相同的，所以如果將電極的面積設(shè)為S［m2］，那么數(shù)學(xué)表達式（2）的關(guān)系成立。

　　V/d=（Q/ε）/S

　　如果對從電源進入的電荷Q進行整理，那么得出數(shù)學(xué)表達式（3）。

　　Q=ε&TImes;SV/d ［C］

　　通過數(shù)學(xué)表達式（3）可以看出，因為電荷Q與外加電壓是成正比的，所以電容器的性能通過單位外加電壓所積聚的電荷量進行體現(xiàn)比較好，如果將靜電容量設(shè)為C［F］，那么以下數(shù)學(xué)表達式成立。

　　C=Q/V ［C/V=F］

　　因為從這個數(shù)學(xué)表達式可以看出靜電容量C和電荷Q是成正比的，所以對于增大靜電容量來說，圖1的電極A和B所積聚的電荷Q越大越好。

　　那么，該如何增大電荷Q呢？通過數(shù)學(xué)表達式（3），可以看出電荷Q與電極間距離d是成反比的。也就是說，電極間距離越小，電荷Q就越大。

　　簡單對以上的內(nèi)容進行歸納，即電極間距離d越小，電極A和B所積聚的電荷Q就越大，因為增大了積聚的電荷Q，所以靜電容量C也就變大。這樣理解的話，我想大家是否就有稍許的直觀感受了。

　　通過數(shù)學(xué)表達式（3）和（4），可以推導(dǎo)出類似的表達式（5）。我們可以通過數(shù)學(xué)表達式得出結(jié)論：電極間距離d越小，靜電容量C就越大。

　　那么即可得出下面的結(jié)論。

　　C=ε×S/d ［F］