共模转差模传递函数示例

图8.EMI滤波器示例。

我们假设每个元件都有0.1%的容差。这将提供一个参考水平，以便与其他EMI滤波器电路场景进行比较（见图8）。对于最坏情况(wc)下的抑制近似计算，请使用以下数值：

应用公式8：

请注意，前面表达式的分母是低频转折频率的时间常数，我们可以很容易地计算出fL：

现在使用较小的RC时间常数来确定较高频率的极点：

有了这些数值，我们现在可以按如下方式估算在50 Hz/60 Hz和535 kHz时的衰减：

这些手动计算结果与电路仿真结果非常吻合（见图9）。请记住，这并不是一个精密电路。对于EMI滤波器的应用来说，几分贝(dB)以内的近似值通常是可以接受的。

图9.使用容差为0.1%的元件对EMI滤波器进行的LTspice仿真。

表1重点显示了该电路在50 Hz/60 Hz和535 kHz频率下，针对不同元件容差水平的共模转差模抑制能力。第一种情况（容差为±0.1%）在某种程度上是一个任意参考点，基于在实验室工作台手动测量无源元件而设定。其他情况则反映了市面上常见的电阻和电容的容差水平，以便进行比较。

表1.EMI滤波器共模转差模衰减估算

最坏情况下共模转差模的衰减估算

抑制能力估算（公式4——手动计算）

EMI滤波器衰减（LTspice仿真结果）

请注意，在进行最坏情况的估计时，RC时间常数的容差会翻倍。也就是说，如果差模电路的一侧增加X个百分点，另一侧可能会减少X个百分点。例如，如果R1和R2是容差为1%的元件，C1和C2是容差为10%的元件，那么最坏情况下的RC时间常数失配率为22%。与容差为0.1%（即时间常数失配为8 ns）的参考情况相比，440 ns(22%)的失配会使共模抑制能力降低35 dB。这无疑是相当大的损耗！至于这种损耗能否被接受，需视具体使用场景而定。

图10展示了共模抑制比与Delta Tau的关系曲线，其中Delta Tau表示RC时间常数失配量。在底部横轴旁，几个对应的RC容差水平以红色标注。为作说明，64 ns Delta Tau水平对应于1.6%的RC容差（64 ns/2 µs = 3.2%最坏情况失配 = ±1.6%RC容差）。从该曲线图的斜率可知，每当RC时间常数失配量翻倍时，共模抑制比就会降低6 dB。

图10.共模抑制与Delta Tau(τ2– τ1)。

要点总结

• 预测并验证电磁干扰(EMI)环境。

• 等效的共模转差模电路是一种桥式电路，属于非线性电路。

• 通过合理选择CDIFF，设计人员能够利用公式8及计算得出的转折频率，轻松估算共模转差模的转换情况。

• 增大CDIFF的值，会降低电路对C1和C2之间失配的敏感度，也会降低对Delta Tau（即共模RC时间常数失配）的敏感度。

• 根据一阶近似，每当RC失配量翻倍时，共模抑制比就会下降6 dB。

• 元件制造容差只是其中一个影响因素。温度、电压以及元件老化也会对元件之间的失配产生影响。

• 所有的计算都是基于最坏情况下的失配进行的。其他任何情况只会使电路性能更好，最终达到理想的无限大共模抑制比。

• 分析并理解所用的电路，找出性能方面的权衡取舍及适用的近似计算方法。不要仅仅依靠仿真来进行设计。

• 这种分析方法可以扩展应用到AAF的设计中。