EMI电源滤波器的设计探讨_图文

电 子 产 品 可 靠 性 与 环 境 试 验 

V1 6N . e.2 0   o. o6D c 0 8 2 ,

E 电源滤波器 的设计探讨  MI
王 海 莉 .吴延 华 
( 龙江 科 技 学 院 电信 学 院 ,黑 龙 江 黑 哈 尔 滨  1 0 2 ) 5 07 

摘  要 :电源 E I M 滤波器是一种抑制传导发射和辐射发射非常有效的方法。分析了电源线上的干扰类型,开 
关 电源产生 E 的原理及其拓扑结构 。讨论了电源 Em 滤波器 的设计 和器件选取原则 ,并提 出有关安装 电源  MI 1
E I滤波 器 时应 注 意的 几个 问 题 。  I  

关键 词 :电磁干扰;滤波器;电源 

。  

中图分类 号 :T 0 ;T 7 3.2 文献标 识码  A 文章编 号 :17 — 4 8 (0 8 6  ̄ 1- 4 N 3 N 1+ 9 6 2 5 6 2 o )0 = 6 0  

Dic si n o  h   sg   fEM IS u c   le   s u so   n t eDe i n o     o r e Fi r t
W ANG  i l .W U  n hu   Ha — i Ya — a

( el gin c n ea dT c nlg  o e e abn 5 0 7 hn ) H i n j gS i c n  eh o yC l g ,H ri 1 0 2 ,C ia  o a e o l
Abs r c : P w rs p l  MIf tri  n   fte efcie me n   v i bet e t i  o d cie t a t o e u py E   l  so eo h   f t   a sa al l o rsr n c n u t   i e e v a a v
e s in a d r d a ie e s in h   y e   f i tre e c s i   o r s p l   i e a d t e b sc miso   n   a i t   miso .T e t p s o   ne f r n e   n p we  u p y l   n   h   a i  v n

p n il a d m jr c aat sc  fpw r sp l eet man t  nefrn e ( MI w r i p  r c e n   a   h rce t s o  o e  u py lc o g ei itr e c E ) ee o i r i   r c e  
a a y e .T e d s n o   o r s p l  MI f tr a d t e s l ci n o   o o e t we e d s u s d  n lz d h   e i   fp we   u py E   l   n  h   e e t   fc mp n n s r   ic s e . g i e o  
Fi al n ly, s me p o l msi  h   a k g n   r c s  r  lo p e e t d  o   r b e  n t e p c a i g p o e swe e as   r s n e .

Ke   r s:EMI i tr o e u py y wo d ;f e ;p w rs p l  l

1 引 言   
电磁 干 扰 ( MI E )是 指 任 何 能 中断 、阻碍 、降  低或 限制通 信 电子设备 有效性 能 的电磁 能量  它分  为传 导干扰 和辐射 干扰 。传 导干扰 又可分 为共模 干  扰和差 模干 扰  辐射 干扰也 可分 为共模 干扰 和差模  干扰 。造 成 E MI的 3种 因素 是 : 1 电磁 干 扰 源 : )  

和地 线之 间流动 的 、相 位 相 同的电流 ,共模 电流一 

般利 用外 部接地 系统 、电缆 、金 属制 品等作 为电流  的返 回路 径  差 模 干扰是 指存在 于 电源相线 与 中线  之 间 .对 于三相 电路来 说 .差模 干扰 还存在 于相线 
与相 线之 间  差 模 电流是 往返 于相线 和 中线 之 间且  相位 相反 的 电流 

2 )被 干扰 的敏感设 备 ;3 )耦 合路 径或 称为耦 合通 
道。  

2 E 滤 波器 的插 入 损 耗    MI
在 开 关 电源 中 .主 要 的 E 骚 扰 源 是 功率 半  MI
导 体器 件 开关 动作 产 生 的 d /t d d .所 以在设  v 和 it d /

共 模干 扰是 指 电源 线对 大地或 中线 对大地 之 间  的 电位 差  对于 三相 电路来说 .共 模干 扰存在 于任  何 一 相 与大 地之 间 。共 模 电流 是在 相 线 ( 中线 ) 或  

计 E 电源 滤 波 器上 .就 是对 开关 频 率 及其 高次  MI
谐 波 的噪声给予 足够 的衰 减 。一 般性 能 的电源滤波 

收 稿 日期 :2 0 — 9 1   080—7

修 回 日期 :2 0 一 1 2   0 8 l— 5

作 者 简 介 :王海 莉 (9 3 ) 1 8一 ,女 ,山 东临沂人 ,黑龙 江科技 学院 电信 学院硕 士研 究 生 ,研 究方 向为 电力 电子 与 电力传动 。  

1  6

D NIHN I EA X G U UNI SI N l zCA P Ko l Y HAJ G HY   A NK N N A

第 6期 

王 海 莉 等 :E 电 源 滤 波器 的设 计 问题 探 讨  MI

器 的结构 如 图 1 所示 :  
P  
‘ 

的功 率 尸 之 比 ,用 d ( 贝 )表示 。通 常把插 入  2 B 分
损耗 随频 率变化 的曲线称 为滤 波器 的频 率特性 。滤 

波器 的插 入损耗 越 大 .滤 波效果 越 好 。滤 波器 接人 
前后 的 电路如 图 3和 图 4所示 。  

E  

儿 =11 ( 0    g
— 
L  .

)  

I  .
图 1 一 般 性 能 电 源 滤 波 器 

尸 =  
P  = 2  1  

儿 :1  ( 0  
电源滤 波器 一 般用来 抑 制 3   z以下 频 率 范  0MH 围的 噪音 .但对 3   Hz以上 的辐 射发 射干 扰 也有  0M
:  


) 0 l( :2  g 
:  

)  

() 1 

由 图 3可知 :  
R  + R 

定 的抑 制作用 。根 据开 关 电源共模 、差 模 干扰 的 
01~ . MHz 模干扰 为 主 : .5 05   差  

() 2 

特 点 .可 以按 干扰 的分布 大概 划分 为 3个 :   05 5MHz .~   差模 、共模 干扰共 存 ;   5 3   z共模 干扰 为主 :   0MH  
其 简单 的列线 图 .如 图 2所示 。  

根 据 图 4得 出网络传 输方程 有 :  

j =12 ,   aV+ 2 1  
【 = 2  2  , a + , l 1 2


() 3  () 4 



 



I R  I



1 R£ 2  

D  l

D  I Ic 

c  1

由式 ( ) ( )联 立 可得 : 3、 4  
vS  

0 1  0 5 .5 . 

1  

5  

1  0

3  0

10 0 

‘ l 口 £ 口 了  s  口+1 +2    l 2   1 2   +
将 式 ( ) ( )带 入 ( )得 : 2、 5 1  
儿   -g

5  

频 率 (MH ) f z  /
图 2 共模 干扰 和 差 模 干扰 的分 布 频 率 

E 电源滤 波器对 干扰 信号 的抑制 能力 用插 入  MI 损耗来 衡 量 .插 入损耗 是 滤波器最 重 要的技 术参 数  之一 。它是 频率 的 函数 。E I电源 滤波器 插 入损 耗  M 的定义 为 ,没有 滤波器 接入 时 ,从 噪声 源传 输到 负  载 的功 率 P 和接 人 滤 波器 后 ,噪 声源 传 输 到 负 载  1

l  
上 c  I f  2

I  ㈤

以一般 电源滤 波器 为例 .利 用二端 口网络结构  来推 出插 入损 耗 的基本计 算公 式 。将 电路分解 为共  模等 效 电路 和差摸 等效 电路 ,如 图 3 、4所示 。  
Jl  

图 3 未 接入 滤 波 器的 电路 
R。  
— —  

一  L D I  
LC =  +LD M   =  十2  

1  1

V 
- ’   滤  波  器 

流 

V ● 3  

图 4 接 入 滤 波 器 的 电路 
D| ANzl CHANP ̄ KEKAOXI NG  U HU Y ANJI SHI AN  NG Y

3   + /  =C 2   2

(   7)
1 7 

电 子产 品可 靠 性 与 环境 试 验 

2 0 焦  08

£ 是 在 绕 制 共 模 扼 流 圈 时产 生 的不 平 衡 漏 电   
感。   由 图 3与 式 ( )得 出共模 等 效 电路 的 A参 数  3

是 容性 的 ;如果源 内阻 和负载 是容性 的 ,与之连接 
的滤波器 接 口就应该 是感性 的。  




矩阵 :  
ai 1= 1 ∞  一
a 1 =  2

1方 法 一 :  

c C   

a )利 用 噪声 分 离 的方 法 .分 别 测量 在 未接 滤  波 器 时 的 共 模 干 扰  。 d ”( B) 和 差 模 干 扰  (B) d .根据设 备 自身所需求 的标 准来设 定滤 波器所 
需要 达到 的衰减 量 。由共模 、差模 干扰 的测量 结果 

口 1: jJC 2 o    
a2    2 1  

() 8 

与标 准限值 .加 上适 当的裕 量可得 到滤 波器 的插 入  损耗 。在 实际设计 时还需要加上 6d  B的安全余量 
L c( B : 吖d )  (B)3d + d ) L ̄d ) c( B一 l d -  B M( B  

由图 4与 式 ( )得 出差模 等效 电路 的 A参 数  3
矩阵:  
a1 1 l = 一  M 3    

L d = o(B一 1 d 一  B M( B (0   删(B) V Md ) V  (B) 3d + d ) 1 )

a2 j) D   = (L M 1

式 (0 1 )中 :3d —— 在 分离共 模 、差 模 传导   B

a 2 1  
a 2=1 2 一∞ 


- 一 +    ,
l  

)(  9 )

干扰 的测试 过程 中 .测 试结 果 比实际值 大 3d     B: M (B)— — 设计裕 量 .即 6d : d   B 
V  ( B 。 d )—— 相 关 标 准 ( C S R、F C、 晡 如 IP C  

般来 说 .在允许 的条件下 .滤波 电容 的容量 

V E)规 定 的传 导干扰 限 值  D 因此 ,根据 ( 1 1 )式的计 算便 可做 出插入损 耗 
与频率 的对 应关 系  b )计 算 元件 参 数  E MI电源 滤波 器 通 常希 望  工作在 规范 的输入 阻抗 和输 出阻抗 中 .一 般源 阻抗 

越大 越好  在用 于交 流滤波 器 时 .共模 电容 必须小  于 0O  F .1 ,如 22 0 4 7 0P ,差模 电容要 求取   0 ~ 0 F 值在 1 5 F之 问 。而在 直 流滤 波器 中 ,电容 器 耐  ~  压较低 .其 使用 的容量 大小 比交 流滤波 器 中使 用 的  电容 大一个 数量级  共 模 电容和差 模 电容有几 个常  用 的 数值 .共 模 电 容 通 常 为 3 4 2 3 .2 4和 3 3 3 :差 
模 电容通常 为 15和 06   F  0 . 8 。

和负 载 阻抗 都 等 于 5   0 Q.但 在 实 际工 作 中 .阻抗  大多处 于不 匹配状 态 。在 计算 电路参 数时 .为 了减 
少变 量 .利 于 E 电源 滤 波 器 共模 和差 模 插 入损  MI

2 E 的测 量    MI
由于差 模干扰 和共 模干扰 产生 的机 理不 同 .形  成的 回路不 同 ,也 就必 须采用 不 同的一 直方法 ,因   此 ,滤 波器 的设计 也就 不 同。在干 扰测量 中如 何分 
辨差 模 及 共模 干 扰 就 成 为 电源 E 滤 波器 设 计 的  MI

耗 的理论 计算 .需 要源 阻抗 和负载 阻抗 为一个 固定  值 .因此 .可 以先 不考虑 源 阻抗和 负载 阻抗 是 否匹  配的 问题  采 用测 量滤波 器插 入损 耗时使用 的标 准  源 、负 载 阻抗 值 :R = 0Q,Rl5   s5  = 0 n。根 据 所确  定 的参数 和式 ( 】 1 )得 出等效共 模 电感 。等 效差模  电感 的值 与共模 电感 的计 算值 大致相 同 

首要 问题 。常 用 的 干扰 信 号 
分 离 方 法 有 :电 流 探 棒 ( urn po e 、差 模 拒 斥  C r t rb ) e  网络 f iee t lMo eR —   f rni — d  e  Df a , 0 1  £:2   g


E 电源滤 波器 的设计 如 同其它类 型 的 电路设  MI
计 一样 ,它也 面临 着因高 频情况 所衍 生 的电感 、电 

jc o   ew r ,D N 以及 干 扰 分 离 器 ( os  et nN tok MR ) i Ni e S p rt )等 。 e aao r  

容 问题  在确定 电路 结构 后 ,重 新进 行共模 和差模  等效 电路 的分 析是 非常必 要 的 
32 方 法 二 : .  

3 E 滤 波 器 的 设计    MI
进 行E 电源 滤波器 电路 结构 的设计 时应 遵循  MI
下列原 则 :满足最 大 阻抗 失配 ,插入 损耗 尽可 能地 

与方 法一相 比较 .方 法二避 开 了阻抗处 于失 配 

增 大 ,也 就 是 尽 可 能地 增 大 信 号 反 射 。对 于 电源 
E 滤波 器与 源或负 载 的接 口端 .如果 源 内阻 和负  MI 载是 阻性或感 性 的 .与 之连接 的滤 波器接 口就应 该 
1  8

状态 的问题 。在这 里将引入 滤波 器设计 阻抗  ,截  止 频率 厂   最低 输 入 电压 除 去最 高 输 入 电流 , 0 、尺 是   截 止频 率  则与 E MC标 准 规定 的相应 频 段 下 的插 
D| ANZf   cHANPt KEK N  AoX| NG    YU HUAN0 NG  | sHl AN  Y

第6 期 

王海 莉 等 :E 电 源滤 波器 的 设 计 问 题 探讨  MI

人损耗值 以及滤 波器 电路 的形式有关 。步骤 如下 :   1 )所需损 耗值 , 及 与之对应 的起始频率 fHz 『   / / ;  
2 )损耗 裕量 三 d ;  /B 

电路 中的参 数可 以参 考经 验值或 者用 方法 一取 得 。  

4 E 滤 波 器 的 安 装    MI
a )滤 波器 的输 出线 最好采 用 双绞线 
b 1必 须很 好 地 解决 滤 波 器 的接 地 问 题 .外 部 

3 )滤 波 器 每倍 频 程 的损 耗 值 .与 滤 波器 电路 
形式有关 ,如表 1 所示 :  

4   (『,) , 为滤 波器所需 的倍频 程个数 ; ) , l L  .f + /   5 )估计 的截 止频率 =厂2   / 。
表 1 损 耗 值 与 阶 数 对 照 表 

滤 波器 和 电源板 的 接地 都 是连 接 在 机箱 的外 壳上 .   连接 线 和机箱 体之 间形 成一 个很 大 的地 环路 。如果  机箱 在搭 接 的时候 处理不 好或 者焊 接不 紧 密 .就 会  在两 个滤 波器 的接 地点 之 间形 成一 个等 效 的串联 阻  抗 .导致 两个接 地 点间 的 电位 不相 同 ,在地 线上产  生 电流 .形成 共模 干扰信 号 
C MI电源 滤波 器 印 刷 电路 板 的设 计 非 常重  、E

阶数 

每倍 频 损 耗 值 /B d 
6   l  2 1  8 2  4

要 .为 了保 证 滤波 器 能 够 有 效 地 抑 制 干扰 噪声 信  号 .对 功 率线 和地线 的走 线方 式和 布局 问题需 要认  真考虑 .否 则将 影 响滤波 器 的性 能 

3  0 3  6

需 要 注意 的是 .按照 上面方 法计 算 出来 的截止  频率 可能并 不 能满足 实际 的需要 .为 了不 影响整 个  电源 系统 的稳定 或者 改变 电 网电压 的波形 .要求 截  止频率 大 于 1 的 电网频 率  5倍 E 电 源 滤 波 器 电 路 中 的共 模 扼 流 圈 电 感 £ MI   和共模 电容 C 的计算 方法 如下 :    
- -

5 结束 语   
通 用 型 的 E 滤 波 器 通 常很 难 设 计 .这 是 由 MI   于不 同 的功 率变 换 器之 间 ,由 于拓 扑 、选 用 元件 、   P B布 板 等 原 因 .电磁 环境 水 平 相 差 很 大 .再 加  C
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 往具有 针 对性 .并 

R (7   / 2r  ̄)

在实 际调 试 中逐步 修正 
参考 文 献 :  
f】张 占松 ,蔡 宣 三 . 关 电 源 的 原 理 与 设 计 【 】. 京 : 1 开 M 北  
电 子 工业 出版 社 .2 0 . 0 6 

C l(7 o d = /2rR ) f   上 式 计 算 的 C值 并 不 能 满 足 漏 电 流 的 要 求 .   可 以用 满 足漏 电流 要 求 的 C 它 的 取 值 与 方 法 一   
相 同 
Y=C CY    
L= y  L1

f】郭 银 景 , 吕 文 红 ,唐 富 华 ,杨 阳 . 磁 兼 容 原 理 及 应 用  2 电
教程 『 M1. 京 :清 华 大 学 出 版社 ,2 0 . 北 04  

[]马 伟 明 . 3 电力 电 子 系 统 中 的 电 磁 兼 容 【 】. 汉 :武 汉  M 武
水 利 电力 大 学 出版 社 .2 0 . o0  

,和 C J  为滤 波 器 实 际使 用 的数 值 .差 模 等 效 

雾 誊 学 梦 。 ≯ 铲 芽 簪 袋 簪 铲 譬 挚 祭  字          铲      。 字          铲 掌 棼 铲 铲

, 慈   

_  

厂 、 森 半 体 司 新 高 成 过 保 C 、 安 美 导 公 推出 的 集 度 压 护I  厂  
一 ~ ~ 一 … ~ … 一 … ~ 一 … ~ 一  一
N 6 8 保 护便 携 设 备 通 常 需 要 的 4种 不 同 器件 功 能 都 集 成  US 19将 到单 个 I 中 ,减 少 所 需 P B的 空 间 达 4 C C O%。 此外 .这种 器 件 的 集 

l i 嘲{ 嘲 豳  

{n n n n 几 几 n n U 几  n n 几n 几n n nn n} UM UU UU U UM U UU  ̄ MU U UU nU
安 森 美 半 导 体 fN O 1公 司 新 近 推 H一 款 型 号 为 N S 1 9的 新  { U 68
器 件 ,它 将 过 压 保 护 f V )电路 的 性 能 和 功 能 、3个 0 O P VP沟道 功  率 MO F T、低 饱 和 电 压 ( C ( t SE V E s) a 1晶 体 管 和 低 导 通 阻 抗 f d R  (n)功 率 MO F T集 成 到 一 个 很 节 省 空 间 的 3   01 SE . mmX40mmX09 0 .   .  
m m

成 设 计 可 以提 供 极 低 的 功 率 耗 散 .大 幅地 减 少 发 热 量 .并 延 长 电 池 
的使 用 时 间 。尤 其 是 可 以用 于 处 理 大 浪 涌峰 值 电流 .与 用 于 下 一 代  便 携 设备 的安 森美 半 导 体 电源 管 理 I C及领 先 的 码 分多 址 fD 1芯  C MA

封 装 之 中 .用 于 保 护 敏 感 电 子 电 路 免 受 过 压 瞬 态 和 电源 故 障 的 

影 响 。 经 过 优 化 .这 种 器 件 可 以 应 用 于 使 用 外 部 交 流 一 流 f — 直 AC  

片 组 相 辅 相 成 。这 种 器 件 的过 压 关 闭 时 间 短 于 1   s . ,在 故 障 发 生  0 时 可 以极 快 地 断 开 输 入 电 源与 负 载之 间 的连 接 .因 此 .它 与 现 有关  闭 较 慢 的解 决 方案 相 比 ,能够 提 供更 加 优 异 的保 护 性 能  ( 本刊 讯 )  

D )适 配 器 或 车 载 充 电 器 中 ,如 手 机 、便 携 式 媒 体 播 放 器 (MP C P 1  
和 移 动互 联 网设 备 f D  MI 1
D/ ANZICHANPI KEK N AOXI NG Yu HUANJ| sH| AN  NG  Y

1  9


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