开关电源EMI滤波器原理与设计研究

开关电源EMI滤波器原理与设计研究

魏应冬，吴燮华

(浙江大学电气工程学院，浙江 杭州 310027）

摘要：在开关电源中，EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显著的作用。在研究滤波器原理的基础上，探讨了一种对共模、差模信号进行独立分析，分别建模的方法，最后基于此提出了一种EMI滤波器的设计程序。

关键词：开关电源；EMI滤波器；共模；差模

0 引言

高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。从已发表的开关电源论文可知，在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，传导干扰还会注入电网，干扰接入电网的其他设备。

减少传导干扰的方法有很多，诸如合理铺设地线，采取星型铺地，避免环形地线，尽可能减少公共阻抗；设计合理的缓冲电路；减少电路杂散电容等。除此之外，可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。

EMI骚扰通常难以精确描述，滤波器的设计通常是通过反复迭代，计算制作以求逐步逼近设计要求。本文从EMI滤波原理入手，分别通过对其共模和差模噪声模型的分析，给出实际工作中设计滤波器的方法，并分步骤给出设计实例。

1 EMI滤波器设计原理

在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的d v/d t 和d i/d t，因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号，其频率范围从开关工作频率到几MHz。所以，传导型电磁环境（EME）的测量，正如很多国际和国家标准所规定，频率范围在0.15～30MHz。设计EMI滤波器，就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。基于上述标准，通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理范围内即可。

在数字信号处理领域普遍认同的低通滤波器概念同样适用于电力电子装置中。简言之，EMI滤波器设计可以理解为要满足以下要求：

1）规定要求的阻带频率和阻带衰减；（满足某一特定频率f stop有需要H stop的衰减）；

2）对电网频率低衰减（满足规定的通带频率和通带低衰减）；

3）低成本。

1.1 常用低通滤波器模型

EMI滤波器通常置于开关电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波器。如图1所示，噪声源等效阻抗为Z source、电网等效阻抗为Z

。滤波器指标（f stop和H stop）可以由一阶、二阶或三阶低通滤波器实现，滤波sink

器传递函数的计算通常在高频下近似，也就是说对于n阶滤波器，忽略所有ωk相关项（当k

图1 滤波器设计等效电路

表1 几种滤波器模型及传递函数

1.2 EMI滤波器等效电路

传导型EMI噪声包含共模（CM）噪声和差模(DM)噪声两种。共模噪声存在于所有交流相线(L、N)和共模地(E)之间，其产生来源被认为是两电气回路之间绝

缘泄漏电流以及电磁场耦合等；差模噪声存在于交流相线(L、N)之间，产生来源是脉动电流，开关器件的振铃电流以及二极管的反向恢复特性。这两种模式的传导噪声来源不同，传导途径也不同，因而共模滤波器和差模滤波器应当分别设计。

显然，针对两种不同模式的传导噪声，将其分离并分别测量出实际水平是十分必要的，这将有利于确定那种模式的噪声占主要部分，并相应地体现在对应的滤波器设计过程中，实现参数优化。在文献[6]和[7]中，提供了两种用于区分共模和差模噪声的噪声分离器，他们能有选择地对共模或差模噪声至少衰减50dB，因而可有效地测量出共模和差模成分。分离器的原理和使用超出了本文的讨论范围，详细内容可见参考文献[6]和[7]。

以一种常用的滤波器拓扑〔图2(a)〕为例，分别对共模、差模噪声滤波器

等效电路进行分析。图2(b)及图2(c)分别代表滤波器共模衰减和差模衰减等效电路。分析电路可知，C x1和C x2只用于抑制差模噪声，理想的共模扼流电感L C只用于抑制共模噪声。但是，由于实际的L C绕制的不对称，在两组L C之间存在有漏感L

也可用于抑制差模噪声。C y即可抑制共模干扰、又可抑制差模噪声，只是由于g

差模抑制电容C x2远大于C y，C y对差模抑制可忽略不计。同样，L D既可抑制共模干扰、又可抑制差模干扰，但L D远小于L C，因而对共模噪声抑制作用也相对很小。

（a）常用的滤波器拓扑

（b）共模衰减等效电路

（c）差模衰减等效电路

图2 一种常用的滤波器拓扑

由表1和图2可以推出，对于共模等效电路，滤波器模型为一个二阶LC型低通滤波器，将等效共模电感记为L CM，等效共模电容记为C CM，则有

L

=L C＋L D（1）

CM

C

=2C y（2）

CM

对于差模等效电路，滤波器模型为一个三阶CLC型低通滤波器,将等效差模电感记为L DM，等效差模电容记为C DM（令C x1=C x2且认为C y/2<

=2L D＋L g（3）

DM

C

=C x1=C x2（4）

DM

L

型滤波器截止频率计算公式为

C

f

=（5）

R,CM

将式（1）及式（2）代入式（5），则有

f

=≈（L C>>L D）（6）

R,CM

CLC型滤波器截止频率计算公式为

f

=（7）

R,DM

将式（3）及式（4）代入式（7），则有

f

=（8）

R,DM

在噪声源阻抗和电网阻抗均确定，且相互匹配的情况下，EMI滤波器对共模和差模噪声的抑制作用，如图3所示。

图3 滤波器差模与共模衰减

2 设计EMI滤波器的实际方法

2.1 设计中的几点考虑

EMI滤波器的效果不但依赖于其自身，还与噪声源阻抗及电网阻抗有关。电网阻抗Z sink通常利用静态阻抗补偿网络(LISN)来校正，接在滤波器与电网之间，包括电感、电容和一个50Ω电阻，从而保证电网阻抗可由已知标准求出。而EMI 源阻抗则取决于不同的变换器拓扑形式。

以典型的反激式开关电源为例，如图4（a）所示，其全桥整流电路电流为断续状态，电流电压波形如图5所示。对于共模噪声，图4(b)所示Z source可以看作一个电流源I S和一个高阻抗Z P并联；图4(c)中对于差模噪声，取决于整流桥二极管通断情况，Z source有两种状态：当其中任意两只二极管导通时，Z source等效为一个电压源V S与一个低值阻抗Z S串连；当二极管全部截止时，等效为一个电流源I S和一个高阻抗Z P并联。因而噪声源差模等效阻抗Z source以2倍工频频率在上述两种状态切换[2]。

（a）典型反激式开关电源

（b）共模噪声源等效电路（c）差模噪声源等效电路

图4 典型反激式开关电源及其噪声源等效电路

图5 电源输入端电压、电流波形

在前述设计过程中，EMI滤波器元件（电感、电容）均被看作是理想的。然而由于实际元件存在寄生参数，比如电容的寄生电感，电感间的寄生电容，以及PCB板布线存在的寄生参数，实际的高频特性往往与理想元件仿真有较大的差异。这涉及到EMC高频建模等诸多问题，模型的参数往往较难确定，所以，本文仅考虑EMI滤波器的低频抑制特性，而高频建模可参看文献[8]等。故Z S及Z P取值与这些寄生电容、电感以及整流桥等效电容等寄生参数有关，直接采用根据电路拓扑及参数建模的方案求解源阻抗难以实现，因而，在设计中往往采用实际测量Z source。

2.2 实际设计步骤

EMI滤波器设计往往要求在实现抑制噪声的同时，自身体积要尽可能小，成本要尽可能低廉。同时，滤波效果也取决于实际的噪声水平的高低，分析共模和差模噪声的干扰权重，为此，在设计前要求确定以下参量，以实现设计的优化。

1）测量干扰源等效阻抗Z source和电网等效阻抗。实际过程中往往是依靠理论和经验的指导，先作出电源的PCB板，这是因为共模、差模的噪声源和干扰途径互不相同，电路板走线的微小差异都可能导致很大EME变化。

2）测量出未加滤波器前的干扰噪声频谱，并利用噪声分离器将共模噪声

V

和差模噪声V measure,CM分离，做出相应的干扰频谱。

MEASUREE,CM

接着就可以进行实际的设计了，仍以本文中提出的滤波器模型为例，步骤如下。

（1）依照式（9）计算滤波器所需要的共模、差模衰减，并做出曲线V measure，

－f和V measure，DM－f，其中V measure，CM和V measure，DM已经测得，V standard，CM和V standard，DM可参照CM

传导EMI干扰国标设定。加上3dB的原因在于用噪音分离器的测量值比实际值要大3dB。

(V req,CM)dB=(V measure,CM)－(V standard,CM)＋3dB

(V req,DM)dB=(V measure,DM)－(V standard,DM)＋3dB（9）

（2）由图3可知，斜率分别为40dB/dec和60dB/dec的两条斜线与频率轴的交点即为f R,CM和f R，DM。作V measure，CM－f和V measure，DM－f的切线，切线斜率分别为40dB/dec 和60dB/dec，比较可知，只要测量他们与频率轴的交点，即可得出f R,CM和f R，DM，图6所示为其示意图。

（a）实线为共模目标衰减；虚线为斜率为40dB/dec切线

（b）实线为差模目标衰减；虚线为斜率为60dB/dec切线

图6f R,DM与f R,CM的确定

（3）滤波器元件参数设计

——共模参数的选取C y接在相线和大地之间，该电容器容量过大将会造成漏电流过大，安全性降低。对漏电流要求越小越好，安全标准通常为几百μA 到几mA。

EMI对地漏电流I y计算公式为

I

=2πfCV c（10）

y

式中：f为电网频率。

在本例中，V c是电容C y上的压降，f=50Hz，C=2C y，V c=220/2=110V，则 C

=（11）

y

若设定对地漏电流为0.15mA，可求得C y≈2200pF。将C y代入步骤（2）中求得f R,CM 值，再将f R,CM代入式（6）中可得

L

=（12）

c

——差模参数选取 由式（8）可知，C x1，C x2，以及L D的选取没有唯一解，允许设计者有一定的自由度。

由图2可知，共模电感L c的漏感L g也可抑制差模噪声，有时为了简化滤波器，也可以省去L D。经验表明，漏感L g量值多为L c量值的0.5％～2％。L g可实测获得。此时，相应地C x1、C cx2值要更大。

3 结语

本文的论述是基于低通滤波器的低频模型分析。由于实际元件寄生参数的影响，尤其在高频段更加显著，因而往往需要在第一次确定参数之后反复修正参数，以及使用低ESR和ESL的电容，优化绕制磁芯的材料和工艺，逐步逼近要求的技术指标。

由于只涉及到单级滤波器的设计，如LC型滤波器衰减程度只有40dB/dec，当要求衰减程度在60～80dB以上的指标时，往往需要使用多级滤波器。

通用型的EMI滤波器通常很难设计，这是由于不同的功率变换器之间，由于拓扑、选用元件、PCB布版等原因，电磁环境水平相差很大，再加上阻抗匹配的问题，在很大程度上影响了滤波器的通用性，所以，滤波器的设计往往需要有针对性，并在实际调试中逐步修正。

作者简介

魏应冬，男，硕士研究生，现从事电力电子拓扑及电磁兼容相关研究。

吴燮华，女，教授，硕士生导师，现从事电力电子系统集成及智能控制等方面研究。

开关电源EMI滤波器典型电路

开关电源EMI滤波器典型电路 开关电源EMI滤波器典型电路 开关电源为减小体积、降低成本,单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器,典型电路图1所示。图（a）与图（b）中的电容器C能滤除串模干扰,区别仅是图（a）将C接在输入端,图（b）则接到输出端。图（c）、（d）所示电路较复杂,抑制干扰的效果更佳。图（c）中的L、C1和C2用来滤除共模干扰,C3和C4滤除串模干扰。R为泄放电阻,可将C3上积累的电荷泄放掉,避免因电荷积累而影响滤波特性;断电后还能使电源的进线端L、N不带电,保证使用的安全性。图（d）则是把共模干扰滤波电容C3和C4接在输出端。 EMI滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。图2中曲线a为加EMI滤波器时开关电源上0.15MHz～30MHz传导噪声的波形（即电磁干扰峰值包络线）。曲线b是插入如图1（d）所示EMI滤波器后的波形,能将电磁干扰衰减50dBμV～70dBμV。显然,这种EMI滤波器的效果更佳。

电磁干扰滤波器电路 电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端,使用时外壳应接通大地 。电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感）L、滤波电容C1～C4。L对串模干扰不起作用,但当出现共模干扰时,由于两 个线圈的磁通方向相同,经过耦合后总电感量迅速增大,因此对共模信号呈现很大的感抗,使之不易通过,故称作共模扼流 圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上,当有电流通过时,两个线圈上的磁场就会互相加强。L的 电感量与EMI滤波器的额定电流I有关,参见表1。需要指出,当额定电流较大时,共模扼流圈的线径也要相应增大,以便能 承受较大的电流。此外,适当增加电感量,可改善低频衰减特性。C1和C2采用薄膜电容器,容量范围大致是0.01μF～0.47μ F,主要用来滤除串模干扰。C3和C4跨接在输出端,并将电容器的中点接地,能有效地抑制共模干扰。C3和C4亦可并联在 输入端,仍选用陶瓷电容,容量范围是2200pF～0.1μF。为减小漏电流,电容量不得超过0.1μF,并且电容器中点应与大地接

开关电源电路详解图

开关电源电路详解图 一、开关电源的电路组成 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。 开关电源的电路组成方框图如下： 二、输入电路的原理及常见电路 1、AC 输入整流滤波电路原理： ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。

2、DC 输入滤波电路原理： ①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4 为安规电容，L2、L3为差模电感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖

EMI滤波器结构与分类

EMI滤波器结构与分类 一、LC滤波器（也称无源滤波器） LC滤波器是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波。 按滤波器的电抗元件结构区分，有T、L、π型滤波器。 选取的基本出发点是：用滤波器的电感与低的源阻抗或者负载阻抗串联，用滤波器的电容器与一个高的负载阻抗或源阻抗并联。以此保证阻抗最大失配的条件下，使滤波网络实际工作时，即有较大的插入损耗，又有最大的反射损耗，从而实现对EMI 信号的有效抑制。这样，EMI滤波器中的LC电路仍可以维持其谐振滤波特性，同时也能够部分补偿或削弱源阻抗和负载阻抗变

动对滤波器特性的影响。 按滤波器的作用区分，有调谐滤波器和高通滤波器。 ①调谐滤波器 调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器，可以滤除某一次(单调谐)或两次(双调谐)谐波，该谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率。 ②高通滤波器 高通滤波器也称为减幅滤波器，主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器和c型滤波器，用来大幅衰减

低于某一频率的谐波，该频率称为高通滤波器的截止频率。 二、 T 型滤波器(即LCL 滤波器) 采用L 滤波器时，为了减小电流纹波，不得不增加L ，导致滤波器体积增大；采用LC 滤波器，虽然结构和参数选取简单，但无法抑制输出电流中的高频纹波，容易因电网阻抗的不确定性影响滤波效果。三相LCL 滤波器因其高效的滤波效果受到广泛重 视。 ①整流器侧电感L 设计 ,...3,2) ()(max 0==h h i hw h u L ， ②滤波电容C 设计 b sa oe f E P C ω?22*3) (cos 1*-= ③网侧电感Lg 的设计

EMI滤波电感设计

EMI滤波电感设计 EMI滤波器 正常工作的开关类电源（SMPS）会产生有害的高频噪声，它能影响连接到相同电源线上的电子设备像计算机、仪器和马达控制。用一个EMI滤波器插入电源线和SMPS之间能消除这类干扰（图1）。一个差模噪声滤波器和一个共模噪声滤波器能够串联或在许多情况下单独使用共模噪声滤波器。 图1 EMI滤波器的插入 一、共模电感设计 在一个共模滤波器内，电感的每一个绕阻和电源输入线中的任一根导线相串联。（对于电源的输入线来讲）电感绕组的接法和相位是这样的，第一个绕组产生的磁通会与第二个绕组产生的磁通相削. 于是，除了泄漏阻抗的小损耗和绕组的直流电阻以外，电感至电源输入线的插入阻抗为另。由于磁通的阻碍，SMPS 的输入电流需要功率，因此将通过滤波器，滤波器应没有任何明显的损耗。 共模噪声的定义是出现在电源输入线的一根或二根导线上的有害电流通过电感的地返回噪声源的噪声。 此电流要视共模电感的任何一个或二个绕组的全部阻抗，因为它不能被返回的电流所抵消。共模噪声电压是电感绕组上的衰减，应从有害噪声中保持电源输入线的畅通。 1.1、选择电感材料 开关电源正常工作频率20KHz以上，而电源产生的有害噪声比20KHz高，往往在100KHz～50MHz之间。 对于电感来讲，大多数选择适当和高效费比的铁氧体，因为在有害频带内能提供最高的阻抗。当看到公共参数如磁导率和损耗系数就去识别材料是困难的。图2给出铁氧体磁环J-42206-TC绕10匝后的阻抗ZS和频率的关系曲线。 图2铁氧体磁环的阻抗和频率的关系 在1～10MHz之间绕组到达最大阻抗，串联感抗XS和串联电阻RS（材料磁导率和损耗系数的函数）共同产生总阻抗Zt。

EMI 原理分析

开关电源EMI滤波器原理与设计研究 魏应冬，吴燮华 (浙江大学电气工程学院，浙江 杭州 310027） 摘要：在开关电源中，EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显著的作用。在研究滤波器原理的基础上，探讨了一种对共模、差模信号进行独立分析，分别建模的方法，最后基于此提出了一种EMI滤波器的设计程序。 关键词：开关电源；EMI滤波器；共模；差模 0 引言 高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。从已发表的开关电源论文可知，在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，传导干扰还会注入电网，干扰接入电网的其他设备。 减少传导干扰的方法有很多，诸如合理铺设地线，采取星型铺地，避免环形地线，尽可能减少公共阻抗；设计合理的缓冲电路；减少电路杂散电容等。除此之外，可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。 EMI骚扰通常难以精确描述，滤波器的设计通常是通过反复迭代，计算制作以求逐步逼近设计要求。本文从EMI滤波原理入手，分别通过对其共模和差模噪声模型的分析，给出实际工作中设计滤波器的方法，并分步骤给出设计实例。 1 EMI滤波器设计原理 在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的d v/d t 和d i/d t，因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号，其频率范围从开关工作频率到几MHz。所以，传导型电磁环境（EME）的测量，正如很多国际和国家标准所规定，频率范围在0.15～30MHz。设计EMI滤波器，就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。基于上述标准，通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理范围内即可。 在数字信号处理领域普遍认同的低通滤波器概念同样适用于电力电子装置中。简言之，EMI滤波器设计可以理解为要满足以下要求： 1）规定要求的阻带频率和阻带衰减；（满足某一特定频率f stop有需要H stop的衰减）；

EMI滤波元件和滤波器介绍

1）EMI滤波元件与滤波器的种类 滤波器的种类繁多，除了一些传统的电感、电容及其组合外，还有多种新技术产品，其用法各不相同。根据应用场合不同，可把它们分为三大类： ①在交、直流电源部分使用的滤波器：电源滤波器、磁环和磁珠等； ②在信号线上使用的滤波器：信号滤波器、磁环和磁珠、穿心电容、滤波连接器 （即滤波器阵列）等； ③在印刷电路板上使用的滤波器：去耦电容、片状（表面安装式）滤波器、磁珠 等。 3）电感器与电感型滤波器 线圈与其回流部分就可构成一个传统的电感器，通常有单线圈或多线圈式的。电感器可按 其环绕的磁芯来分类，最常见的两种类型是空气磁芯和磁性磁芯。磁性磁芯电感器（简称 磁芯电感）又可按其磁芯是开路或闭路作进一步分类。另外，目前广泛应用的铁氧体磁环（或磁珠），虽然在物理概念上讲起变压器的作用，它也更象一个随频率变化的可变电阻，但是人们通常还是把它当作电感器来考虑。 实际应用中的电感器，其绕制导线中必然含有寄生的串联电阻及绕线间的分布电容，因此 应用中会在某些频率上产生谐振现象。衡量电感器性能的主要参数有：分布电容、有效电感、品质因数Q、自谐振频率和饱和电流等。这些都是应用中应该考虑的。 ①普通线圈式电感器 具有同样体积和匝数的开路磁芯电感比空气芯电感有大得多的电感量和Q值，闭路磁芯情况会更好。电感器的一个重要特性是产生杂散磁场和对杂 散磁场敏感。空气芯或开路磁芯电感器最容易引起干扰。，因为其磁通从电感器扩展到相 当大的距离。就对磁场的敏感度而言，磁芯电感器比空气芯电感器敏感得多，而开路磁芯 是最敏感的，因为磁芯（低磁阻通路）集中了外部磁场并引起更多的磁通流过线圈。 普通电感型滤波器一般只用于低频滤波。在高频条件下，其插入损耗开始降低。这是因为 随着频率的增加，当频率超过电感器的自谐振频率后，寄生电容的阻抗开始降低从而引起 电感器的阻抗降低。这样一来，高频噪声便得不到良好的抑制而通过电感器引起噪声泄漏。 ②铁氧体磁环电感器 空心铁氧体磁环可以套在导线上，而带引线的铁氧体磁珠则串联在导线中。带引线的铁氧 体磁环具有简单的结构，如图6所示，因为通过磁芯可提供一个良好的回流端，从而其寄 生电容较小。不带引线的铁氧体磁环情况一样。所以，铁氧体磁环电感器具有良好的高频 特性，其工作频率可达1GHz或更高。它可以应用在低阻抗电路中的高频滤波和去耦。 4）脉冲电压吸收器 对瞬态脉冲电压（如静电放电、浪涌、脉冲群等）的干扰，可采取滤波或吸收的措施。但 滤波器对幅值较大的瞬态电压抑制能力有限，有效的办法就是采用脉冲电压吸收器。脉冲 电压吸收器有避雷管、压敏电阻和瞬变电压吸收二极管（TVS）。目前市场上已有片状式 的压敏电阻及TVS阵列供应。（因为严格地讲，脉冲电压吸收技术并不属于滤波的范畴，所以这里不再对其做详细介绍。如有需要，请参考相关资料及产品手册。）

EMI电源滤波器基本知识介绍

EMI电源滤波器基本知识介绍 电磁干扰（EMI）电源滤波器（以下简称滤波器）是由电感、电容组成的无源器件。实际上它起两个低通滤波器的作用，一个衰减共模干扰另一个衰减差模干扰。它能在阻带（通常大于10KHz）范围内衰减射频能量而让工频无衰减或很少衰减地通过。EMI电源滤波器是电子设备设计工程师控制传导干扰和辐射电磁干扰 的首选工具 （一）EMI电源滤波器部分技术参数简介 插入损耗 滤波器的插入损耗是不加滤波器时从噪声源传递到负载的噪声电压与接入滤波器时负载上的噪声电压之比。插入损耗衡量EMI电源滤波器电性能的重要参数，用下式表示：Eo IL＝20log--- E 式中:Eo------不加滤波器时，负载上的干扰噪声电平。 E------接入滤波器后，同一负载上的干扰噪声电平。 干扰方式有共模干扰和差模干扰两种，其定义为：共模干扰：叠加于火线（P）、零线（N）和地线（E）之间的干扰电压。 差模干扰：叠加于火线（P）和零线（N）之间的干扰电压。 因此插入损耗又分为共模插入损耗和差模插入损耗，插入损耗的测试原理图 如下：

泄漏电流：滤波器的泄漏电流是指在250VAC的电压下，火线和零线与外壳间流过的电流。它主要取决于滤波器中的共模电容。从插入损 耗考虑，共模电容越大，电性能越好，此时，漏电流也越大。但从安全方面考虑，泄漏电流又不能过大，否则不符合安全标准要求。尤其是一些 医疗保健设备，要求泄漏电流尽可能小。因此，要根据具体设备要求来确定共模 电容的容量。泄漏电流测试电路如下所示 耐压测试 为确保（交流）电源滤波器的质量，出厂前全部进行耐压测试。测试标准为： 火线与地线（或零线与地线）之间施加频率为50Hz的1500VAC高压，时 间一分钟，不发生放电现象和咝咝声。 火线与零线之间施加1450V直流高压，时间一分钟，不发生放电现象和咝 咝声 （二）EMI电源滤波器的选用 根据设备的额定工作电压、额定工作电流和工作频率来确定滤波器的类型。滤波器的额定工作电流不要取的过小，否则会损坏滤波器或降低滤波器的寿命。但额定工作电流也不要取的过大，这是因为电流大会增大滤波器的体积或降低滤波器的电性能，为了既不降低滤波器的电性能，又能保证滤波器安全工作，一般按设备额定电流的1.2倍来确定滤波器的额定工作电流。 根据设备现场干扰源情况，来确定干扰噪声类型，是共模干扰还是差模干扰，这样才能有针对性的选用滤波器。如不能确定干扰类型，可通过实际试探来确定

开关电源原理图精讲.pdf

开关电源原理（希望能帮到同行的你更加深入的了解开关电源，温故而知新吗！！） 一、开关电源的电路组成[/b]：： 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。 开关电源的电路组成方框图如下： 二、输入电路的原理及常见电路[/b]：： 1、AC输入整流滤波电路原理： ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防

止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。 2、 DC输入滤波电路原理： ①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路[/b]：： 1、 MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图：

电源滤波器设计与使用原则分析

电源滤波器设计与使用原则分析 中心议题： ?城市轨道交通控制系统和电源系统需要加装滤波器 ?介绍电源滤波器的基本概念、参数选取以及安装原则等几个方面 ?分析电源滤波器得出相关结论 解决方案： ?安装无源EMI滤波器，减少干扰和衰减 ?采用横截面积较大的磁芯绕制成多匝线圈，得到共模电感，减小差模电感 ?串联电感和并联的滤波电容不能选择太大 ?正确安装滤波器，获得预期的衰减特性 引言 为了符合国际电磁兼容标准的要求，使用高频开关器件的电源电子电路必须安装合适的电磁干扰滤波器(以下简称EMI滤波器)，以阻止频率范围为150kHz～30MHz的传导干扰侵入电源网络。由于城市轨道交通的特殊性，其共模和差模干扰很容易引起车载设备传导和辐射干扰升高，使其无法达到电磁兼容标准的要求。为此，必须在导线和电子设备之间的供电部分安装一个合适的无源EMI滤波器，将干扰衰减到所要求的程度。 常用设计滤波器的公式和图表是在其源阻抗和负载阻抗匹配情况下得出的。而EMI滤波器存在阻抗失配问题，因此在这种滤波器的实际设计中通常采用试探法。但采用试探法时，由于高频时寄生参数起主导作用以及对噪声源的内阻抗不了解，使得选择正确的设计参数值变得非常困难。对于共模干扰尤其如此，因为其大小在很大程度上就取决于电路的布置和电路的寄生参数。 本文结合研究和设计电源滤波器的实践，在简化电源滤波器设计过程的同时，仍能满足实际应用场合的需要。 电源滤波器中共模扼流圈内磁通的分析 电源滤波器中共模扼流圈的作用，一般采用以下论述：“共模扼流圈管芯两侧的磁场相互抵消，因此不存在磁通使管芯饱和”。尽管这种论述对共模扼流圈作用的直觉叙述具体化了，但实质并非如此。因为根据电磁场理论中的麦克斯韦方程，可以得到以下结果： 假设电流密度J产生磁场H，则附近的另一个电流不会抵消或阻止磁场或由此而产生的电场； 同样一个相邻的电流可以导致磁场路径的改变； 在环形共模电感的特殊场合中，每条引线中的差模电流密度可假定是相等的，且方向相反。由此而产生的磁场必定在环形磁芯周边上的总和为零，而在其外部的总和则不为零。

：开关电源中常用EMI滤波器

摘要：开关电源中常用EMI滤波器抑制共模干扰和差模干扰。三端电容器在抑制开关电源高频干扰方面有良好性能。文中在开关电源一般性能EMI滤波器电路结构基础上，给出了使用三端电容器抑制高频噪声的滤波器结构。并使用PSpice软件对插入损耗进行仿真，给出了仿真结果。 1 开关电源特点及噪声产生原因 随着电子技术的高速发展，电子设备种类日益增多，而任何电子设备都离不开稳定可靠的电源，因此对电源的要求也越来越高。开关电源以其高效率、低发热量、稳定性好、体积小、重量轻、利于环境保护等优点，近年来取得快速发展，应用领域不断扩大。开关电源工作在高频开关状态，本身就会对供电设备产生干扰，危害其正常工作；而外部干扰同样会影响其正常工作。 开关电源干扰主要来源于工频电流的整流波形和开关操作波形。这些波形的电流泄漏到输入部位就成为传导噪声和辐射噪声，泄漏到输出部位就形成了波纹问题。考虑到电磁兼容性的有关要求，应采用EMI电源滤波器来抑制开关电源上的干扰。文中主要研究的是开关电源输入端的EMI滤波器。 2 EMI滤波器的结构 开关电源输入端采用的EMI滤波器是一种双向滤波器，是由电容和电感构成的低通滤波器，既能抑制从交流电源线上引入的外部电磁干扰，还可以避免本身设备向外部发出噪声干扰。开关电源的干扰分为差模干扰和共模干扰，在线路中的传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。差模干扰是火线与零线之间产生的干扰，共模干扰是火线或零线与地线之间产生的干扰。抑制差模干扰信号和共模干扰信号普遍有效的方法就是在开关电源输入电路中加装电磁干扰滤波器。EMI滤波器的电路结构包括共模扼流圈(共模电感)L，差模电容Cx和共模电容Cy。共模扼流圈是在一个磁环(闭磁路)的上下两个半环上，分别绕制相同匝数但绕向相反的线圈。两个线圈的磁通方向一致，共模干扰出现时，总电感迅速增大产生很大的感抗，从而可以抑制共模干扰，而对差模干扰不起作用。为了更好地抑制共模噪声； 共模扼流圈应选用磁导率高，高频性能好的磁芯。共模扼流圈的电感值与额定电流有关。差模电容Cx通常选用金属膜电容，取值范围一般在0．1～1μF。Cy用于抑制较高频率的共模干扰信号，取值范围一般为2200～6800 pF。常选

开关电源整流滤波电路的识读

开关电源整流滤波电路的识读 要看懂一张比较复杂的开关电源整流滤波电路图，首先要了解电路中元件的性能，同时要掌握一些常用的单元电路，做到熟记于心。这样识读电子电路图时就可以做到快速、准确地理解电路图的原理，为实际操作创造理论条件。 本文将分类介绍电子电路中的常用单元电路，使初学者认识、了解这些单元电路的组成及基本功能，同时将简单介绍一些器件的性能、特点，以帮助初学者更好地理解电路的工作原理。 一、直流电源电路 任何一个电子电路都离不开电源，而电子电路中使用的一般都是直流电源。直流电源的获得，一种是使用干电池或蓄电池供电，另一种是将交流电源经过整流、滤波、稳压后供给电路使用。如何将交流电转换成直流电？有哪些方法？这些方法的特点又是什么？下面就来回答这些问题。 1.整流电路 整流电路又可分为单相为波整流电路、单相全波整流电路及单相桥式整流电路，下面分别进行叙述。 (1)单相半波整流电路是最简单的一种整流电路，如图a）所示。电路由电源变压器、整流二极管D、负载R L组成。电源变压器的作用是把220V交流电降低为几伏至几十伏的交流电压。整流二极管的作用是把交流电变换为脉动直流电，其波形如图b)所示。该电路之所以能把交流电变换为脉动直流电，关键是利用了整流二极管具有单相导电的特性。当给二极管加正电压时，二极管呈导通状态（相当于开关闭合）电流可以通过；当给二极管加反向电压时，二极管呈截止状态（相当于开关断开）电流不能通过。 a) b) 图1-1单相半波整流电路 电路工作原理如下：当电源变压器的初级绕组接交流电压时，在次级绕组中就会感应出交流电压U2。当U2为正半周时，设A端为正，B端为负（即A端电位高于B端电位）。这时二极管承受正向电压，呈导通状态，故电流由A端经二极管D和负载R L流到B端，负载R L两端有电压U o。当U2为负半周时，A端为负，B端为正，则二极管承受反向电压，呈截止状态。通过负载上的电流为零，负载两端的电压也为零。可见在交流电U2的一个周期内，负载R L上只有自上而下的单方向电流，实现了整流。从波形图可以看出，整流后的电压（电流）方向不变，但大小是波动的。这种大小变化、方向不变的电压（电流），称为脉动直流电。从波形图中还可以看出，这种电路仅利用了电源电压的半个波，故称为半波整流电路。 （2）单向半波整流电路的缺点是电源的利用率低，且输出电压脉动大。为了克服这一缺点，可以采用全波整流电路，如图1-2a）所示。电路中的变压器次级绕组有中心抽头，是

电磁干扰(EMI)滤波器电路

电磁干扰（EMI）滤波器电路 1、功能定义 所谓电磁干扰（EMI），是因电磁波造成设备、传输通道或系统性能降低的一种电磁现象。 EMI以辐射和传导两种方式传播。 辐射方式：能量通过磁场或电场耦合，或以干扰源与受扰设备间的电磁波形式传播。 传导方式：能量通过电源线、数据线、公共地线等而产生或接收。 传导干扰有差模（DM对称模式）和共模（CM非对称模式）两种类型。 目前抑制EMI的技术措施有屏蔽、接地（浮地、单点接地和接地网）与滤波。 我这里所说的即为滤波电路，它主要用于高频开关电源和电子镇流器的输入回路及电源的输出回路中中。该电路用于滤除电源的输入和输出的噪声（150kHz～30MHz），消减对直流稳压电源的传导干扰。 2、适用范围 A、CISPR标准（电机、家用电器、照明设备等射频干扰设备） B、VDE0871标准（有目的的高频波发生器的电磁兼容标准）

C、FCC标准（工业、科学、医疗设备的电磁兼容标准） D、VCCI标准（在工业和商业区使用的家用电器及其类似装置） 3、设计规范 3.1 电路原理图及其描述

该电路主要对输入进行滤波，削弱对稳压电源或电子镇流器的输入的传导干扰。其中，C1、C2和C4、C5及Lc用于滤除共模噪声，C3和C6用于滤除差模噪声。输出端一般接一电解电容，负载电流大时还需接高频电容，用于消除负载端对输入的噪声干扰。C1＝C2、C4＝C5、C3＝C6，Lc=(7~30)mH、磁材使用铁氧体材料。 EMI滤波器有C型（纯电容）、L型（一个电感和一个电容）、T型（两只电感和一个电容）、π型（一个电感和两只电容）、双π型（对称绕在同一磁芯上的两个电感和两只电容）等。上图中电路为最常用的电路。 电源的滤波和保护电路 ［作者：耗子转贴自：网上转载点击数：1477 更新时间：2004-4-28 文章录入：admin ］ 一、滤波电路 1、电磁干扰 电脑电源是把工频交流整流为直流，再通过开关变为高频交流，其后再整流为稳定直流的一种电源，这样就有工频电源的整流波形畸变产生的噪声与开关波形会产生大量的噪声，噪声在输入端泄漏出去就表现为辐射噪声和传导噪声，在输出端泄漏出去就表现为纹波。辐射噪声频率高于30MHZ，会传播到空间中；传导噪声频率在30MHZ以下，主要干扰音频设备，通过电源线传播到电网中。 外部噪声会进入到电网中的其它电子设备中影响电子设备的运行，而供给负载的电源产生的噪声也会泄漏到电源外部，因此，电脑电源必须有阻止这些噪声进出的功能。 在电脑电源的输入端，需要有由电容和电感构成的滤波器，用于抑制交流电产生的EMI。在电源的输出端，工频电源的整流波形畸变引起的噪声，以及开关工作波形产生的噪声呈现为纹波，因此在输出端也需要接入滤波器，用于抑制直流电产生的EMI。 2、输入端第一道EMI滤波电路 第一道EMI滤波电容是由X电容（白盒子）、线圈型电感和两个Y电容构成的，用来抑制输入端的高频干扰，以及PWM自身产生的高频干扰对电网的污染。

开关电源始终无电压输出的解决办法

开关电源始终无输出的故障检修技巧 1、开关电源始终无电压输出的原因 这种情况是由于开关电源未产生振荡所致，进一步证明的方法是；测开关电源整流滤波电容关机后的电压，若为300V之后缓慢下降，则说明开关电源确未产生振荡。开关电源未产生振荡的原因有： 1）．开关管集电极未得到足够的工作电压。 2）．开关管基极未得到启动电压。 3）．开关管正反馈电路元件失效。: 2、检修方法与步骤 1）．测开关管集电极电压为0或低于市电1．4倍，检查交流220V输入电路及整流滤波电路，若集电极电压正常，则检查开关管b极电压 2）．测开关管b极电压或者在关机瞬间，用指针万用表R x 1欧挡，黑笔接b极，红笔接整流滤波电容负极(热地)，听电源有启动声音，说明电源振荡电路正常，仅缺乏启动电压，是启动电阻开路或铜皮断。若无启动声，在测be结后，迅速将表转到电压档，测c极电压是否快速泄放。若是，说明开关管及其放电回路均正常，正反馈电路存在故障，包括反馈电阻、电容、续流二极管、正反馈绕组及其开关管故障。若c极电压仍不泄放，说明开关管及其回路有开路故障或b极有短路接地故障 二、开关电源瞬间有电压输出的故障检修技巧 1、瞬间有电压输出故障原因 开关电源在加电的初始产生了振荡，但后来由于过压过流保护引起停振，或开关机接口电路加电初为开机状态，但随着CPU清零的结束而转入待机状态。 其原因有： 1）．开关电源因故造成输出电压过高而引起保护停振。 2）．负载过流而引起过流保护动作。 3）．保护电路本身误动作。 4）．遥控系统因故障而执行待机指令。 其中2、3、4项适用于带有副电源的机器。 2．故障判断的方法与检修步骤 1）．假负载法： 脱开行负载，在B+输出端接上假负载，监测B+电压(应先将电压表接到位，开机后即关机)。如果高于正常值十几伏以上，可判断故障是由开关电源输出过压，并击穿行输出管所致，或电源本身的保护电路动作关断电源。应对控制开关电源输出电压的脉宽调制电路和振荡定时电容进行检查(后面将专门讲述)。 若开关电源B+正常，则变换负载或改变市电压观察B+是否稳定输出，对于直接取样电源可空载，以便更好地判断开关电源的稳定性能，若确认其良好，则故障系负载过流或保护电路动作所引起。

直流EMI滤波器设计原则

直流电源EMI滤波器的设计原则、网络结构、参数选择 1设计原则——满足最大阻抗失配 插入损耗要尽可能增大，即尽可能增大信号的反射。设电源的输出阻抗和与之端接的滤波器的输人阻抗分别为ZO和ZI，根据信号传输理论，当ZO≠ZI时，在滤波器的输入端口会发生反射，反射系数 p＝（ ZO－ ZI）／（ ZO＋ ZI） 显然，ZO与ZI相差越大，p便越大，端口产生的反射越大，EMI信号就越难通过。所以，滤波器输入端口应与电源的输出端口处于失配状态，使EMI信号产生反射。同理，滤波器输出端口应与负载处于失配状态，使EMI信号产生反射。即滤波器的设什应遵循下列原则：源内阻是高阻的，则滤波器输人阻抗就应该是低阻的，反之亦然。 负载是高阻的，则滤波器输出阻抗就应该是低阻的，反之亦然。 对于EMI信号，电感是高阻的，电容是低阻的，所以，电源EMI滤波器与源或负载的端接应遵循下列原则： 如果源内阻或负载是阻性或感性的，与之端接的滤波器接口就应该是容性的。 如果源内阻或负载是容性的，与之端接的滤波器接口就应该是感性的。 2 EMI滤波器的网络结构 EMI信号包括共模干扰信号CM和差模干扰信号DM，CM和DM的分布如图1所示。它可用来指导如何确定EMI滤波器的网络结构和参数。 EMI滤波器的基本网络结构如图2所示。 上述4种网络结构是电源EMI滤波器的基本结构，但是在选用时，要注意以下的间题： l）双向滤波功能——电网对电源、电源对电网都应该有滤波功能。 2）能有效地抑制差模干扰和共模干扰——工程设计中重点考虑共模干扰的抑制。 3）最大程度地满足阻抗失配原则。

几种实际使用的电源EMI滤波器的网络结构如图3所示。 3电源EMI滤波器的参数确定方法 a）放电电阻的取值 在允许的情况下，电阻取值要求越小越好，需要考虑以下情况： 第一，电阻要求采用二级降额使用，保证可靠性。降额系数为0.75 V，0. 6 W。根据欧姆定律可求出n＞（0.75Ve）2／（0.6 Pe）。 第二，经过雷击浪涌后有残压，其瞬时值一般在1000 V取值；其瞬时功率值不能超过额定功率值的4倍，也可求出R＞(Vcy)2／（4Pe）。 两者综合考虑取R值，一般情况下，电阻R的取值为75－200 K之间。功率为2－3 W。金属模电阻。 b）Cx电容的取值 在允许的情况下，容量要求越大越好，其值很难确切地估算出来，一般情况下，要求取值在l－5uf之间（对每个电容）。电容的耐压值必须经过雷击浪涌后取值，有残压，其瞬时值一般在1000V／s时不损坏，按二级降额的原则选取，取值在275 V，频率特性与电容的取值有关，取值越小，频率特性越好。

开关电源EMI滤波器的正确选择与使用

开关电源ＥＭＩ滤波器的正确选择与使用 １插入损耗和滤波电路的选择 在用户选择滤波器时，最关心插入损耗性能。但是，往往插入损耗相近的滤波器，在实际运用中效果相差甚远。究其主要原因是，相近插入损耗的滤波器可由不同的电路实现。这和理论分析是吻合的，因为插入损耗本身是个多解函数。 所以，选择滤波器时首先应选择适合你所用的滤波电路和插入损耗性能。要做到这一点，就要求了解所使用电源的等效噪声源阻抗和所需要对噪声的抑制能力。这符合“知己知彼，百战百殆”的客观规律。 那么滤波电路和电源等效噪声之间存在什么样的关系呢？ 众所周知，ＥＭＩ滤波器是由Ｌ、Ｃ构成的低通器件。为了在阻带内获得最大衰减，滤波器输入端和输出端的阻抗需与之连接的噪声源阻抗相反，即对低阻抗噪声源，滤波器需为高阻抗（大的串联电感）；对高阻抗噪声源，滤波器就需为低阻抗（大的并联电容）。对于ＥＭＩ滤波器，这些原则应用于共模和差模中。 如按此原则选用的滤波器，在实际运用中仍存在效果相差很多的现象，特别发生在重载和满载的情况下。造成这一问题的主要原因可能是滤波器中的电感器件在重载和满载时，产生饱和现象，致使电感量迅速下降，导致插入损耗性能大大变坏。其中尤以有差模电感的滤波器为多。因差模电感要流过电源火线或零线中的全部工作电流，如果差模电感设计不当，电流一大，就很容易饱和。当然也不排除共模扼流圈，因生产工艺水平较差，两个绕组不对称，造成在重载或满载时产生磁饱和的可能。 图1 共模滤波器模型 1.1.2差模滤波电路 由于开关电源的开关频率谐波噪声源阻抗为低阻抗，所以与之相对应的滤波器输出端应是高阻抗串联大电感ＬＤＭ。 ＡＣ电网火线和零线之间是低阻抗，所以与之对应的滤波器输入端也应是高阻抗串联大电感ＬＤＭ。如果想再进一步抑制差模噪声，可以在滤波器输入端并接线间电容ＣＸ１，条件是它的阻抗要比ＡＣ电网火线、零线之间的阻抗还要低得多。 开关电源工频谐波噪声源阻抗是高阻抗，所以与之相对应的滤波器输出端应是低阻抗并联大电容ＣＸ２。 合成的差模滤波电路参见图２。 最后，完整的共、差模滤波电路参见图３。

EMI滤波器电路原理及设计

EMI滤波器电路原理及设计 引言 开关电源以其体积小、重量轻、效率高等优点被广泛应用于电力电子设备系统中，但是开关电源易受到电磁干扰，产生误动作，且本身的高频信号也会引起大量的噪声，会污染电网环境，干扰同一电网其他电子设备的正常工作。这样就对EMC提出了更高的要求指标。 分类： 开关电源中的电磁干扰（EMI）主要有传导干扰和辐射干扰。通过正确的屏蔽和接地系统设计可以得到有效的控制，对于传导干扰来说，加装EMI滤波器，是一种比较经济有效的措施，辐射干扰的抑制可以通过加装变压器屏蔽铜片。 EMI滤波器介绍 开关电源与交流电网相连，尽管开关电源是一个单端口网络，但具有相线（L），零线（N），地线（E）的开关电源实际上形成了两个AC端口，所以噪声源在实际分析中可以将其分解为共模和差模噪声源。火线（L）与零线（N）之间的干扰叫做差模干扰（属于对称性干扰），火线（L）与地线（E）之间的干扰叫做共模干扰（非对称性干扰）。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。 1.开关电源的EMI干扰源 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。 （1）功率开关管 功率开关管工作在On-O ff快速循环转换的状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。 （2）高频变压器 高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。 （3）整流二极管 整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上，反向恢复电流的断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高 dv/dt，从而导致强电磁干扰。 （4）PCB 准确的说，PCB是上述干扰源的耦合通道，PCB的优劣，直接对应着对上述EMI源抑制的好坏。

开关电源EMI滤波器典型电路

开关电源E M I滤波器典型 电路 Prepared on 24 November 2020

开关电源EMI滤波器典型电路 开关电源EMI滤波器典型电路 开关电源为减小体积、降低成本,单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器,典型电路图1所示。图（a）与图（b）中的电容器C能滤除串模干扰,区别仅是图（a）将C接在输入端,图（b）则接到输出端。图（c）、（d）所示电路较复杂,抑制干扰的效果更佳。图（c）中的L、C1和C2用来滤除共模干扰,C3和C4滤除串模干扰。R为泄放电阻,可将C3上积累的电荷泄放掉,避免因电荷积累而影响滤波特性;断电后还能使电源的进线端L、N不带电,保证使用的安全性。图（d）则是把共模干扰滤波电容C3和C4接在输出端。 EMI滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。图2中曲线a为加EMI滤波器时开关电源上～30MHz传导噪声的波形（即电磁干扰峰值包络线）。曲线b 是插入如图1（d）所示EMI滤波器后的波形,能将电磁干扰衰减50dBμV～ 70dBμV。显然,这种EMI滤波器的效果更佳。 电磁干扰滤波器电路 电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端,使用时外壳应接通大地 。电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感）L、滤波电容C1～C4。L对串模干扰不起作用,但当出现共模干扰时,由于两 个线圈的磁通方向相同,经过耦合后总电感量迅速增大,因此对共模信号呈现很大的感抗,使之不易通过,故称作共模扼流 圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上,当有电流通过时,两个线圈上的磁场就会互相加强。L的

电感量与EMI滤波器的额定电流I有关,参见表1。需要指出,当额定电流较大时,共模扼流圈的线径也要相应增大,以便能 承受较大的电流。此外,适当增加电感量,可改善低频衰减特性。C1和C2采用薄膜电容器,容量范围大致是μF～μ F,主要用来滤除串模干扰。C3和C4跨接在输出端,并将电容器的中点接地,能有效地抑制共模干扰。C3和C4亦可并联在 输入端,仍选用陶瓷电容,容量范围是2200pF～μF。为减小漏电流,电容量不得超过μF,并且电容器中点应与大地接 通。C1～C4的耐压值均为630VDC或250VAC。 图2示出一种两级复合式EMI滤波器的内部电路,由于采用两级（亦称两节）滤波,因此滤除噪声的效果更佳。针对某些用户现场存在重复频率为几千赫兹的快速瞬态群脉冲干扰的问题,国内外还开发出群脉冲滤波器（亦称群脉冲对抗器）,能对上述干扰起到抑制作用。

EMI滤波器应用设计原理

EMI滤波器设计原理 高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。从已发表的开关电源论文可知，在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，传导干扰还会注入电网，干扰接入电网的其他设备。 减少传导干扰的方法有很多，诸如合理铺设地线，采取星型铺地，避免环形地线，尽可能减少公共阻抗；设计合理的缓冲电路；减少电路杂散电容等。除此之外，可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。 EMI骚扰通常难以精确描述，滤波器的设计通常是通过反复迭代，计算制作以求逐步逼近设计要求。本文从EMI滤波原理入手，分别通过对其共模和差模噪声模型的分析，给出实际工作中设计滤波器的方法，并分步骤给出设计实例。 1 EMI滤波器设计原理 在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的d v/d t 和d i/d t，因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号，其频率范围从开关工作频率到几MHz。所以，传导型电磁环境（EME）的测量，正如很多国际和国家标准所规定，频率范围在0.15～30MHz。设计EMI滤波器，就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。基于上述标准，通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理范围内即可。 在数字信号处理领域普遍认同的低通滤波器概念同样适用于电力电子装置中。简言之，EMI滤波器设计可以理解为要满足以下要求： 1）规定要求的阻带频率和阻带衰减；（满足某一特定频率f stop有需要H stop 的衰减）； 2）对电网频率低衰减（满足规定的通带频率和通带低衰减）； 3）低成本。 1.1 常用低通滤波器模型 EMI滤波器通常置于开关电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波器。如图1所示，噪声源等效阻抗为Z source、电网等效阻抗为Z sink。滤波器指标（f stop和H stop）可以由一阶、二阶或三阶低通滤波器实现，滤波器传递函数的计算通常在高频下近似，也就是说对于n阶滤波器，忽略所有ωk相关项（当k

电源EMI滤波器的PCB设计

5 电源EMI滤波器的PCB设计 5.1 概述 电源EMI滤波器的设计对于实现及改善电子设备和系统的电磁兼容性意义重大，它不但可降低设备产生的传导干扰，而且作为无源二端口网络具有互易性，可增强设备对电网侧的传导噪声，射频辐射干扰，高压噪声，快速瞬变电脉冲群等电磁干扰的抗扰度。正确设计EMI 滤波器的PCB是充分发挥EMI滤波器性能的重要保证。 5.2 EMI滤波器的基本结构 下图为EMI滤波器的基本结构： L N PE L1 C Y1C Y2 L2 L N PE 图63 EMI滤波器的基本结构 L1 ，L2为绕制在同一铁芯上的共模电感，其匝数相等，C Y1,C Y2为共模电容，L1与Cy1 ，L2与Cy2构成共模低通滤波器。 5.3 布局考虑 5.3.1 输入线与输出线的布置 在开关电源中，EMI滤波器的输出接开关整流器，属污染源，输出线上的噪声通过电场藕合或磁场藕合到输入线，会使EMI滤波器的效果大大降低，为了减小影响，要求EMI 滤波器的输入线与输出线间尽量隔离，不能邻近平行走线，以避免上述影响。见下图。

⌒⌒⌒⌒⌒ ⌒● ● ● ● ● ● ● input output ○ ○ ←→ 噪声耦合 C x Cy C x 图64 EMI 滤波器的输入线与输出线布置 5.3.2 多级滤波器级联 多级滤波器级联时，级间距离尽量做到远些，避免级间电感互感藕合。多级滤波器布局的布 局，根据这一原则，选择相应的排列方式，一般是按直线型排列，且相邻两个电感方向互相垂直较好。 5.3.3 EMI 滤波器的位置 图65 EMI 滤波器的位置 EMI 滤波器，一般布置在电源线入口处，远离开关管，输出整流管，变压器，输出电感等产生噪声的源头，使EMI 滤波器有一个比较干净的工作环境。为此，在整体布局时，应将开关管，输出整流管，变压器等污染源布置在尽量远离输入输出端口处。已标准的前面输入输出电源模块为例，比较好的布局如下图所示，A ，B ，C 三处距离尽量远一些。 如果因为结构或其它方面的原因使滤波器与噪声源之间的距离不能缩得很短，则建议在将滤波器用金属罩或其它结构屏蔽起来，并将屏蔽可靠接地。 5.3.4 共模/差模电感的布置 在EMI 滤波器中，共模电感会产生强烈的杂散磁场，这些杂散磁场容易干扰其它器件，因此滤波电容应尽量远离，尤其是电容引线较长时更是如此。其它敏感信号线也要避免从该区域穿过。 共模（差模）电感是由线圈绕在磁芯上组成，电感上的线圈很容易拾取干扰，因此尤其要注意使电感远离开关管变压器等易于产生干扰的地方。下图B 中输出滤波电感产生干扰输入共模电感,使EMI 测试超标,在图A 中,将共模电感移开,并转换摆放方向,EMI 下降明显.