5-2-5. 静噪滤波器的结构

(1) 通过电容器和电感器组成低通滤波器

一般而言，使用电容器(C)和电感器(L)在作为噪声传输路径的电缆的中间及连接点组成一个低通滤波器，以便阻止噪声传导。第6章将详细介绍低通滤波器，因此本章只是解释基本滤波器结构。

(2) 普通模式用滤波器如图5-2-8所示，可在线路中加入一个电容器并串联阻抗元件（扼流线圈或铁氧体磁珠等）组成普通模式用滤波器。

图5-2-8 普通模式用滤波器结构的示例

普通模式噪声电流的方向与电路运行中电流的方向一致。因此，通过滤波器消除噪声时，也会同时消除电路运行所需的一些成分。通过调整L和C的值，使低通滤波器的截止频率不会消除电路运行所必须的成分。

此外，如图5-2-8所示，如何使用阻抗元件随着电路和电缆情况而变化。如果所有线路都像商用电源线一样以接地为参照漂浮布置，电路会被视为平衡电路，两条线路都会使用阻抗元件。为此，需要保持平衡，使阻抗相同。如果一侧接地，例如在数字电路中，电路会被视为不平衡电路，通常接地不会使用阻抗元件。但是，如果接地感应到噪声（也就是说感应到共模噪声），也可在接地侧使用阻抗元件。

在此，“平衡”和“不平衡”指的是在传导普通模式时如何参照地线保持电压。如果电压平衡地施加于两条线路，则可以称之为平衡; 如果电压集中在一条线路上，则称之为不平衡。不平衡电路的另外一条线路是接地线，几乎不承受任何电压。

(3) 共模用滤波器

如图5-2-9所示，将电容器连接到接地（称为Y电容器），组成一个共模用滤波器。应当尽可能地使用共模扼流线圈作为阻抗元件。

图5-2-9 共模用滤波器的基本结构

如果电缆中有很多导线，可以将电缆绕在铁氧体磁芯上或者将电缆夹在铁氧体磁心中，形成一种共模扼流线圈，如图5-2-10所示。

图5-2-10 使用铁氧体磁芯的共模扼流线圈

共模扼流线圈将在下一章中详细介绍。

产生共模噪声时，噪声可能会出现在与Y电容器相连的接地上。这时，Y电容器的效果减弱，因为Y电容器没有连接到合适的接地。

在这种情况下，需要单独构建与Y电容器相连的接地点。如图所示，接地的线路用于构成噪声源噪声的返回路径。

(4) 适用于共模和普通模式的滤波器

商用电源线使用的静噪滤波器通常针对共模和普通模式的混合噪声提供措施，因而包括可以处理两种模式的滤波器。

图5-2-11所示为典型的电路结构[参考文献 4]。此例展示了作为阻抗元件的共模扼流线圈。

但是，如果普通模式噪声很强，阻抗可能会不足，因此在使用滤波器时，可以针对普通模式增加一个扼流线圈。

图5-2-11 用于消除共模和普通模式的滤波器结构

5-2-6. 滤波器静噪的示例

(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。

图5-2-12 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。

(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 分离共模和普通模式进行测量的示例

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。

(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 观察不同噪声滤波器的效果

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。