電源供應器(二) 濾波(Filtering) 的基本概念
在開始討論濾波之前有一點要先聲明: Filter 是一門較深奧的理論, 要徹底研究filters 少不了要用到“轉移函數”(transfer function) 之類的工具, 只好暫時割愛了. 等以後有機會時再來討論克希赫夫定律(Kirchhoff’s theorem), 網路與節點分析(mesh and nodal analysis), 拉普拉斯變換(Laplace transform). 對這些題材感興趣的朋友請您參考: Valley, Wallman: Vacuum Tube Amplifiers 第一章. (或是電路學的書籍, 如: Chua, Desoer, Kuh: Linear and Non-Linear Circuits, 第八章.)
1. 基本方法.
在上次的討論中, 我們知道一個整流子的輸出還不是穩定的直流. 現在我們要來處理整流子的輸出. 處理的越小心, 越精密, 會越接近完美的直流源。
最簡單的處理辦法是利用電容儲存能量及緩慢放電的特性. 將全波整流子的輸出並聯一個電容:
讓我們來看這個電容在這裡產生的功能: 整流子的輸出是一個100/120 Hz, 上下振盪的訊號. 當電壓升高時, 電容開始充電, 電壓降低時電容開始緩慢放電, 在完全放電之前, 又再度開始下一波充電與放電的程序. 所以並聯一個電容的效果是把一個在0 伏特與V 伏特間劇烈振動的訊號變成一個振幅較小的漣波(ripple). 這個電容越大, 漣波的振幅dV越小, 也就是說越接近直流.
理論上, 如果這個電容的電容值是無限大, 那麼這個濾波電容的輸出就是一個完美的直流. 但是, 世界上沒有完美的事物, 也因為物物皆有缺陷, 所以才會產生各種不同的方法, 想要補償不足, 科技才會不停的進步.對於這個漣波, 為了將來的需要, 我們把它分解成:
左側這個直流稱為漣波的"載波", 右邊的只是一個AC 小訊號. 如此一來, 就可以把AC 與DC 分別處理. 也就不需要較多的數學了。
實際設計上面臨的首要的問題是: 要多大的電容? 理論上是越大越好, 電容越大儲存的能量越多. 一般而言, 為了能夠有足夠多的能量能儲存在這個電容裡, 這個電容的選擇應該遵守一個原則:
f= 漣波頻率(120 Hz 或是100 Hz). 或是:
另一個重要的問題是: 如何計算漣波起伏的電位差, dV? 漣波起伏的電位差的公式:
最後, 二極體全波整流電容濾波後, 輸出電壓是1.414 x V. 但是, 這只是理想的數字. 實際應用時, 由於變壓器的"壓降" (regulation), 及電路的負載等因素, 請您使用第四節的公式計算實際的輸出電壓。
使用一個超大濾波電容的方式並不是非常理想的辦法. 除了"土法煉鋼" 以外, 您應該用並聯多個較小的電容的辦法, 逐漸減少漣波. 使用多個電容的效果絕對要比一個"大水缸" 好。
除了這個最基本的方法以外, 還有其他的方法。
2.R-C 濾波
現在您應該知道為什麼整流子的輸出要經過濾波電容了吧。
另一個方法是使用低通濾波器(low-pass filter). 整流子的輸出是一個100/120 Hz 的訊號(外帶200/240 Hz, 300/360 Hz, …等高階諧波), 通過一個低通濾波器可以有效的減低這些100/120 Hz, 200/240 Hz, …的訊號. 第一種架設低通濾波器的方法是用一個電阻與一個電容:
如果省略這個電阻R, 就是上一節所討論的內容. 但是, 還是有很多人在這裡放一個電阻. 電流流經這個電阻時, 能量的消耗是:
不是大家都忘了這點, 而是這個電阻可以保護下游的電路, 避免整流子瞬間產生大量電流流入下游電路.
R-C 濾波的缺點是會損失電流. 對於需要大電流的負載, R-C 濾波會損失大量的電能. R-C 濾波只有在電流需求不高的電路中使用較為妥當, 這時, R-C 濾波器的電阻可以發揮保護下游電路的功能. 當然, C-R-C 的設計比單純的R-C 好. 利用第一個電容產生一個漣波, 再加上R-C 濾波來濾除漣波, 架設成效果更好的C-R-C 濾波器.
3.L-C 濾波
另一種製造低通濾波器的方法是使用L-C 電路:
在1960 年代設計的電路中, 前輩們經常使用一個"扼流圈" (choke) 之後另用一個電容, 如:
電感利用電流把能量儲存在磁場裡. 當負載需要能量時, 這時電容兩端電壓會下降, 也會有電流流過L. 因為電流產生變化, 磁場儲存的能量轉變成電能. 這個電感產生的磁場會對周圍的小訊號產生一定的影響. 而且, 現在的扼流圈都比較昂貴. 但是當負載需要大量的能量時, L-C 濾波會是很有效的工具. 只要在PC 板layout 時小心設計, 就可以把磁場對周圍的影響減至最低. 當然您可以結合第一節的方法與L-C 濾波架設成C-L-C 濾波.
從這裡看來, C-L-C 濾波似乎是萬靈丹. 可以達成C-R-C 的效果, 而無C-R-C 的缺點(R 會消耗能量). 但是事實並非如此. 等下一次我們再來仔細討論. C-R-C 或是C-L-C 濾波, 因為整流子之後的第一個被動元件是一個電容, 所以這類的濾波器稱為capacitor-input filters. 另一個L-C 低通濾波器的應用是喇叭的分音器。
4.R-C, L-C濾波公式（下列公式依工作頻率60Hz的橋式整流來計算的）
設計時, 通常需要一些公式輔助, 計算輸出電壓. 這節的目的是把一些常用的公式整理一下, 以備不時之需。
Erms是濾波器輸入電壓, 也是變壓器次級標示電壓, 講得更白話, 就是用電表量到的電壓. Ripple factor 是漣波高低起伏與輸出電壓的比例.
AC 頻率定為60 Hz.（如果工作頻率(f)不同，計算紋波係數需再乘以頻率係數(60/f )
RL 是負載阻抗。
從這些公式, 您有沒有看出什麼規律? 提示: 輸入端第一個濾波元件是電容時, 輸出電壓是1.4 x Vin 再減去負載電流產生的壓降. 輸入端第一個濾波元件是電感時, 輸出電壓是0.9 x Vin, 與負載電流無關! 輸入端第一個濾波元件是電容時, 濾波器稱為是capacitor input. 輸入端第一個濾波元件是電感時, 濾波器稱為是choke input. 下一次我們要更深入的討論capacitor input filter 與choke input filter 的差別。
電源供應器(三) 電容輸入與電感輸入濾波之比較1. 開宗明義.
在Langford-Smith 的Radio Designer Handbook中的第三十章，第1162 頁有一圖:
上圖的目的是要比較下列三種整流與濾波的差異:
請您回想一下電源供應器(二) 的結論: “輸入端第一個濾波元件是電容時, 輸出電壓是 1.4 x Vin 再減去負載電流產生的壓降. 輸入端第一個濾波元件是電感時, 輸出電壓是0.9 x Vin, 與負載電流無關! 輸入端第一個濾波元件是電容時, 濾波器稱為是capacitor input. 輸入端第一個濾波元件是電感時, 濾波器稱為是choke input. 不管是choke input filters 或是capacitor input filters 在電源供應級輸出端的電壓總是小於理論值! 圖30.1B 正是要說明這些情況…
圖30.1B 敘述圖30.1F 這類使用capacitor input 濾波器理想的工作情形: 有負載時(電源供應級輸出端的電壓小於理論值), 在電容C1 處, 電壓依照曲線ABA’B’變化. 電容C1 在AB 之間會充電, 在BA’之間時會放電.AQB 以上的斜線部份代表變壓器的電壓高於C1 點的電壓. 也就是說只有在AB 或是A’B’之間時才會有電流流經整流管(二極體整流時亦然), 因為在其他的時段C1 的電壓比變壓器高! (請您想一下: 當C1的電壓比變壓器輸出電壓高時會發生什麼事情?
提示: 電流會倒流!) 圖30.1 C 的斜線部分代表流經整流管的電流. 您有沒有注意到: 這個流經整流管的電流並不連續, 是一個脈衝的形式! 使用真空管整流的好處是真空管本身有緩和這個電流脈衝的作用. 如果使用二極體整流, 二極體會立刻反應這個電流脈衝, 產生大量電流流入下游電路。
圖30.1 D的斜線部分代表使用choke input 的濾波級時, 流經整流管的電流: 穩定的電流. 同時整流子與變壓器也不需承受脈衝電流的壓力。
2. 圖30.1C 脈衝電流的計算.
現在讓我們來實際計算一下: 使用capacitor-input 濾波時, 電流脈衝有多大？
在下圖中, 假設變壓器次級電壓是240V (峰值電壓會達1.414 x 240 = 340V), 濾波電容68 mf：
讓我們複習一下電容的一個特性. 電容, 電壓與電荷的關係是: Q = CV. 在這個公式裡, C 是固定的常數, 當V 在極短時間dt 內有小量的變化dV 時, 儲存在電容裡的電荷也會跟著改變: dQ. 他們對時間的變化率是:
但是, 我們知道電荷對時間的變化率就是電流. 所以:
大家一定都知道交流電的電壓對時間關係是一個正弦函數, 也就是說:
其中Vpeak 代表峰值電壓. 代入上式:
這個式子告訴我們: I 與V 有著90 度的相位差. 如果忽略相位, 只看大小:
在這個例子裡, Vpeak = 340V, C = 68 mf, f = 60, 所以:
這是當這個電容充電時流經電容的峰值電流. 這也是當這個電容充電時, 整流子或整流管必須要供應的電流. (註解: 8.7A 是理論上的最大值, 當負載電路消耗較小時, I 也會較小. 如果回去看第一節的電流脈衝波形, 大概有人還沒什麼感覺. 但是傅立葉變換後, 您要小心不要被嚇一跳: 高階諧波一直高到RF!)
您注意到了嗎? 當C 越大時, I 越大(整流子的負擔越重). 這是使用真空管整流時, 第一個濾波電容不能太大的主要原因。
3. 扼流圈(Choke) 的選擇
Choke 的單位是: 亨利(Henry)，如果一個choke 標示2H, 這表示這個choke 是 2 Henry。選擇choke 時, 您要知道負載電路在靜態(無輸入訊號) 時所需的電流. 假設負載電路靜態電流是Imin, 變壓器次級電壓Vin, choke 至少需要:
L (H) = Vin / Imin (mA) for 60 Hz. (for 50Hz: L(H) = 1.1 x Vin (V) / Imin (mA).) 例如: Vin = 240 V, Imin = 120 mA, 60Hz, choke 至少需要240/120 = 2H. (50Hz, choke 至少需要1.1 x 240 / 120 = 1.1 x 2 = 2.2 H.)
Choke 還有另外一個標示: 最高承受電流. 您要注意: 電路所需的最大電流要小於choke 標示的最高承受電流。
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
第一章开关电源电路—EMI滤波电路原理 滤波原理：阻抗失配；作为电感器就是低通（更低的频率甚至直流能通过）高阻（超过一定频率后就隔断住难于通过）（或者是损耗成热消散掉），因此电感器滤波靠的是阻抗 Z=(R^2+(2ΠfL)^2)^1/2。也就是分成两个部分，一个是R涡流损耗，频率越高越大，直接把杂波转换成热消耗掉，这种滤波最干净彻底；一个是2ΠfL 这部分是通过电感量产生的阻挡作用，把其阻挡住。实际都是两者的结合。但是要看你要滤除的杂波的频率，选择合适的阻抗曲线。因为电感器是有截止频率的，超过这个频率就变成容性，也就失去电感器的基本特性了，而这个截止频率和磁性材料的特性和分布电容关系最大，因此要滤波更高的频率的干扰，就需要更低的磁导率，更低的分布电容。因此一般我们滤除几百K以下的共模干扰，一般使用非晶做共模电感器，或者10KHZ以上的高导铁氧体来做，这样主要使用阻抗的WL这一方面的特性，主要发挥阻挡作用。电感器滤波器是通过串联在电路里实现。撒旦谁打死多少次顺风车安顺场。 因此：共模滤波电感器不是电感量越大越好主要看你要滤除的共模干扰的频率范围。先说一下共模电感器滤波原理共模电感器对共模干扰信号的衰减或者说滤除有两个原理,一是靠感抗的阻挡作用,但是到高频电感量没有了，然后靠的是磁心的损耗吸收作用;他们的综合效果是滤波的真实效果。当然在低频段靠的是电感量产生的感抗.同样的电感器磁心材料绕制成的电感器,随着电感量的增加,Z阻抗与频率曲线变化的趋势是随着你绕制的电感 器的电感量的增加,Z 阻抗峰值电时的频率就会下降,也就是说电感量越高所能滤除的共模干扰的频率越低,换句话说对低频共模干扰的滤除效果越好,对高频共模信号的滤除效果越差甚至不起作用。这就是为什么有的滤波器使用两级滤波共模电感器的原因一级是用低磁导率(磁导率7K以下铁氧体材料甚至可以使用1000的NiZn材料) 材料作成共模滤波电感器,滤出几十MHz或更高频段的共模干扰信号,另一级采用高导磁材料(如磁导率10000\15000 的铁氧体材料或着非晶体材料)来滤除1MHz以下或者几百kHz的共模干扰信号。因此首先要确认你要滤除共模干扰的频率范围然后再选择合适的滤波电感器材料. 电容的阻抗是Z=-1/2ΠfL那么也就是频率越高阻抗绝对值越小，那么就是高通低阻，就是频率越高越能通过，所以电容滤波是旁路，也就是采用并联方式，把高频的干扰通过电容旁路给疏导回去。
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
电源滤波电路识图技巧 在整流电路输出的电压是单向脉动性电压，不能直接给电子电路使用。所以要对输出的电压进行滤波，消除电压中的交流成分，成为直流电后给电子电路使用。在滤波电路中，主要使用对交流电有特殊阻抗特性的器件，如：电容器、电感器。本文对其各种形式的滤波电路进行分析。 一、滤波电路种类滤波电路主要有下列几种：电容滤波电路，这是最基本的滤波电路；π型RC滤波电路；π型LC滤波电路；电子滤波器电路。 二、滤波原理1.单向脉动性直流电压的特点如图1（a）所示。是单向脉动性直流电压波形，从图中町以看出，电压的方向性无论在何时都是一致的，但在电压幅度上是波动的，就是在时间轴上，电压呈现出周期性的 变化，所以是脉动性的。 但根据波形分解原理可知，这一电 压可以分解一个直流电压和一组频率 不同的交流电压，如图1（b）所示。 在图1（b）中，虚线部分是单向脉动性直流电压U. 中的直流成分，实线部分是u.中的交流成分。 2.电容滤波原理 根据以上的分析，由于单向脉动性直流电压可分解成交流和直流两部分。在电源电路的滤波电路中，利用电容器的“隔直通交”的特性和储能特性，或者利用电感“隔交通直”的特性可以滤除电压中的交流成分。 图2所示是电容滤波原理图。 图2（a）为整流电路的输出电路。交流电压经整流 电路之后输出的是单向脉动性直流电，即电路中的Uo. 图2（b）为电容滤波电路。由于电容C1对直流电相当于开路，这样整流电路输出的直流电压不能通过C1到地，只有加到负载RL图为R1上。对于整流电路输出的交流成分，因C1容量较大，容抗较小，交流成分通过C1流到地端，而不能加到负载RL.这样，通过电容C1的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压+U. 滤波电容C1的容量越大，对交流成分的容抗越小，使 残留在负载RL上的交流成分越小，滤波效果就越好。 3.电感滤波原理
有源滤波电路 滤波器的用途 滤波器是一种能使有用信号通过，滤除信号中无用频率，即抑制无用信号的电子装置。 例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。
有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R 、C 等无源元件而构成的。 低通滤波器（LPF ） 高通滤波器（HPF ） 带通滤波器（BPF ） 带阻滤波器（BEF ）有源滤波电路的分类
低通滤波器的主要技术指标 （1）通带增益A v p 通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数，性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的，阻带内的电压放大倍数基本为零。（2）通带截止频率f p 其定义与放大电路的上限截止频率相同。通带与阻带之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的选择性越好。
一阶有源滤波器 电路特点是电路简单，阻 带衰减太慢，选择性较差。 1 01R R A A f VF + == ) (11)(s V SRC s V i P ?? +=∴SRC A s V s V s A VF +==11 )()()(0S A =02.传递函数 当 f = 0时，电容视为开路，通带内的增益为1.通带增益
3. 幅频响应 一阶LPF 的幅频特性曲线 ) (1)()()(0 0n i j A j V j V j A ωωωωω+= =n i S A s V s V s A ω+= =1)()()(0 02 0) (1) () ()(n i A j V j V j A ωωωωω+= =
简单二阶低通有源滤波器 为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。 二阶LPF二阶LPF的幅频特性曲线
为电感对直流的阻抗小，交流的阻抗大，因此能够得到较好的滤波效果而直流损失小。电感滤波缺点是体积大,成本高. 桥式整流电感滤波电路如图2所示。电感滤波的波形图如图2所示。根据电感的特点，当输出电流发生变化时，L中将感应出一个反电势，使整流管的导电角增大，其方向将阻止电流发生变化。 图2电感滤波电路 在桥式整流电路中，当u2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后u2不到90°。当u2超过90°后开始下降，电感上的反电势有助于D1、D3继续导电。当u2处于负半周时，D2、D4导电，变压器副边电压全部加到D1、D3两端，致使D1、D3反偏而截止，此时，电感中的电流将经由D2、D4提供。由于桥式电路的对称性和电感中电流的连续性，四个二极管D1、D3；D2、D4的导电角θ都是180°，这一点与电容滤波电路不同。 图3电感滤波电路波形图 已知桥式整流电路二极管的导通角是180°，整流输出电压是半个半个正弦波，其平均值约为。电感滤波电路，二极管的导通角也是180°，当忽略电感器L的电阻时，负载上输出的电压平均值也是。如果考虑滤波电感的直流电阻R，则电感滤波电路输出的电压平均值为 要注意电感滤波电路的电流必须要足够大，即RL不能太大，应满足wL>>RL，此时IO（AV）可用下式计算 由于电感的直流电阻小，交流阻抗很大，因此直流分量经过电感后的损失很小，但是对于交流分量，在wL和上分压后，很大一部分交流分量降落在电感上，因而降低了输出电压中的脉动成分。电感L愈大，RL愈小，则滤波效果愈好，所以电感滤波适用于负载电流比较大且变化比较大的场合。采用电感滤波以后，延长了整流管的导电角，从而避免了过大的冲击电流。 电容滤波原理详解 1．空载时的情况 当电路采用电容滤波，输出端空载，如图4(a)所示，设初始时电容电压uC为零。接入电源后，当u2在正半周时，通过D1、D3向电容器C充电；当在u2的负半周时，通过D2、D4向电容器C充电，充电时间常数为
电源滤波电路的滤波原理图解 滤波电路主要有下列几种：电容滤波电路，这是最基本的滤波电路；π 型 RC 滤波电路；π 型 LC 滤波电路；电子滤波器电路。 1. 单向脉动性直流电压的特点 如图 1（a）所示。是单向脉动性直流电压波形，从图中可以看出，电压的方向性无论在何时都是一致的，但在电压幅度上是波动的，就是在时间轴上，电压呈现出周期性的变化，所以是脉动性的。 但根据波形分解原理可知，这一电压可以分解一个直流电压和一组频率不同的交流电压，如图 1（b）所示。在图 1（b）中，虚线部分是单向脉动性直流电压 U。中的直流成分，实线部分是 UO 中的交流成分。 2. 电容滤波原理 根据以上的分析，由于单向脉动性直流电压可分解成交流和直流两部分。在电源电路的滤波电路中，利用电容器的“隔直通交”
的特性和储能特性，或者利用电感“隔交通直”的特性可以滤除电压中的交流成分。图 2 所示是电容滤波原理图。 图 2（a）为整流电路的输出电路。交流电压经整流电路之后输出的是单向脉动性直流电，即电路中的 UO。 图 2（b）为电容滤波电路。由于电容 C1 对直流电相当于开路，这样整流电路输出的直流电压不能通过C1 到地，只有加到负载 RL 图为 RL 上。对于整流电路输出的交流成分，因 C1 容量较大，容抗较小，交流成分通过 C1 流到地端，而不能加到负载 RL。这样，通过电容 C1 的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压 +U。 滤波电容 C1 的容量越大，对交流成分的容抗越小，使残留在负载 RL 上的交流成分越小，滤波效果就越好。 3. 电感滤波原理
图 3 所示是电感滤波原理图。由于电感 L1 对直流电相当于通路，这样整流电路输出的直流电压直接加到负载 RL 上。 对于整流电路输出的交流成分，因 L1 电感量较大，感抗较大，对交流成分产生很大的阻碍作用，阻止了交流电通过 C1 流到加到负载 RL。这样，通过电感 L1 的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压 +U。 滤波电感 L1 的电感量越大，对交流成分的感抗越大，使残留在负载 RL 上的交流成分越小，滤波效果就越好，但直流电阻也会增大。
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：
电源滤波电路、整流电源滤波电路分析 电源滤波电路 整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。 常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。 脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值／输出电压的直流分量 半波整流输出电压的脉动系数为S=1．57，全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O．67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后，其脉动系数S=1／(4(RLC／T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。) 电阻滤波电路 RC-π型滤波电路，实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图1(B)RC滤波电路。若用S表示C1两端电压的脉动系数，则输出电压两端的脉动系数S=(1/ωC2R)S。 由分析可知，电阻R的作用是将残余的纹波电压降落在电阻两端，最后由C2再旁路掉。在ω值一定的情况下，R愈大，C2愈大，则脉动系数愈小，也就是滤波效果就越好。而R值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就增大了直流电源的内部损耗；若增大C2的电容量，又会增大电容器的体积和重量，实现起来也不现实。这种电路一般用于负载电流比较小的场合. 电感滤波电路 根据电抗性元件对交、直流阻抗的不同，由电容C及电感L所组成的滤波电路的基本形式如图1所示。因为电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。
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
电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值；适用于小电流，电流越小滤波效果越好。电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值；适用于大电流，电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。 一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。 电源滤波电容的大小，平时做设计，前级用4.7u,用于滤低频，二级用0.1u，用于滤高频，4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰，0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好，两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波，开关电源，要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大，而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌，机理就好比大水库防洪能力更强一样；小电容滤高频干扰，任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路，也就有了自谐振，只有在这个自谐振频率上，等效电阻最小，所以滤波最好！ 电容的等效模型为一电感Ｌ，一电阻Ｒ和电容Ｃ的串联， 电感Ｌ为电容引线所至，电阻Ｒ代表电容的有功功率损耗，电容Ｃ． 因而可等效为串联ＬＣ回路求其谐振频率，串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f=1/(2pi*LC)．，串联ＬＣ回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻，所以中心频率处起到滤波效果．引线电感的大小因其粗细长短而不同，接地电容的电感一般是１ＭＭ为10nＨ左右，取决于需要接地的频率。 采用电容滤波设计需要考虑参数： ESR ESL 耐压值 谐振频率
電源供應器(二) 濾波(Filtering) 的基本概念 在開始討論濾波之前有一點要先聲明: Filter 是一門較深奧的理論, 要徹底研究filters 少不了要用到“轉移函數”(transfer function) 之類的工具, 只好暫時割愛了. 等以後有機會時再來討論克希赫夫定律(Kirchhoff’s theorem), 網路與節點分析(mesh and nodal analysis), 拉普拉斯變換(Laplace transform). 對這些題材感興趣的朋友請您參考: Valley, Wallman: Vacuum Tube Amplifiers 第一章. (或是電路學的書籍, 如: Chua, Desoer, Kuh: Linear and Non-Linear Circuits, 第八章.) 1. 基本方法. 在上次的討論中, 我們知道一個整流子的輸出還不是穩定的直流. 現在我們要來處理整流子的輸出. 處理的越小心, 越精密, 會越接近完美的直流源。 最簡單的處理辦法是利用電容儲存能量及緩慢放電的特性. 將全波整流子的輸出並聯一個電容: 讓我們來看這個電容在這裡產生的功能: 整流子的輸出是一個100/120 Hz, 上下振盪的訊號. 當電壓升高時, 電容開始充電, 電壓降低時電容開始緩慢放電, 在完全放電之前, 又再度開始下一波充電與放電的程序. 所以並聯一個電容的效果是把一個在0 伏特與V 伏特間劇烈振動的訊號變成一個振幅較小的漣波(ripple). 這個電容越大, 漣波的振幅dV越小, 也就是說越接近直流. 理論上, 如果這個電容的電容值是無限大, 那麼這個濾波電容的輸出就是一個完美的直流. 但是, 世界上沒有完美的事物, 也因為物物皆有缺陷, 所以才會產生各種不同的方法, 想要補償不足, 科技才會不停的進步.對於這個漣波, 為了將來的需要, 我們把它分解成:
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
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。
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。
电源滤波器分类及应用 电源滤波器就是对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电器设备。电源滤波器的功能就是通过在电源线中接入电源滤波器，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。 利用电源滤波器的这个特性，可以将通过电源滤波器后的一个方波群或复合噪波，变成一个特定频率的正弦波。 大功率电源的滤波器如Satons、UBS、变频器等将会产生大量谐波电流，这类滤波器需采用有源电力滤波器APF。APF可对2~50次谐波电流进行滤除。 电源滤波器的目的是在抑制电磁噪声，噪声的影响可分为以下二种： 发射（Emissions）：是要将由设备产生，影响电源或其他设备的噪声降到法规（例如FCC part 15）允许值以下，例如由开关电源产生的噪声。 抗扰（Immunity）：是要将进入设备的噪声降低到不会使设备出现异常动作的程度，例如用在广播电台发射设备中的仪器。 电源滤波器要抑制的噪声可分为以下的二种： 共模：在二条（或多条）电源线都相同的噪声，可视为电源线对地的噪声。 差模：电源线和电源线之间的噪声。 同一个电源滤波器对于共模噪声及差模噪声的抑制能力会有所不同，一般会用频率对应抑制量（以分贝表示）的频谱来说明。 电源滤波器原理和作用电源滤波器常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波（包括倒L型、LC滤波、LC型滤波和RC型滤波等）。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数S来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。 脉动系数（S）=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量 电源滤波器的原理就是一种阻抗适配网络：电源滤波器输入、输出侧与电源和负载侧的阻抗适配越大，对电磁干扰的衰减就越有效。
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。
直流电源滤波电路及电子滤波器原理分析 整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，但其输出的直流电的脉动成 分较大，而一般电子设备所需直流电源的脉动系数要求小于0.01。故整流输出 的电压必须采取一定的措施。尽量降低输出电压中的脉动成分，同时要尽量保 存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电，这样的电路就 是直流电源中的滤波电路。常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称 作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则 滤波器的滤波效果越差。脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值／输出电压的直流分量半波整流输出电压的脉动系数为S=1.57，全波整流和桥式整流 的输出电压的脉动系数S≈0.67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后，其脉动系数S=1/(4(RLC/T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。)RC-π型滤波电路，实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。如图 1虚线框即为加的一级RC滤波电路。若用S’表示C1两端电压的脉动系数，则输出电压两端的脉动系数S=(1/ωC2R’)S’。由分析可知，在ω值一定的情况下，R愈大，C2愈大，则脉动系数愈小，也就是滤波效果就越好。而R值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就增大了直流电源的内部损耗；若增大C2的 电容量，又会增大电容器的体积和重量，实现起来也不现实。为了解决这个矛盾，于是常常采用有源滤波电路，也被称作电子滤波器。电路如图2。它是由 C1、R、C2组成的π型RC滤波电路与有源器件--晶体管T组成的射极输出器 连接而成的电路。由图2可知，流过R的电流IR=IE／(1+β)=IRL／(1+β)。流 过电阻R的电流仅为负载电流的1/(1+β)．所以可以采用较大的R，与C2配合
开关电源的电磁干扰及其滤波措施 1引言 开关电源与线性稳压电源相比，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等特点，广泛用于计算机及外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域。但开关电源的突出缺点是产生较强的电磁干扰(EMI)。EMI信号既占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和电子仪器造成干扰。如果处理不当，开关电源本身就会变成一个干扰源。随着电子产品的电磁兼容性(EMC)日益受到重视，抑制开关电源的EMI，提高电子产品的质量，使之符合有关EMC标准或规范，已成为电子产品设计者越来越关注的问题。 2开关电源产生EMI的原理 开关电源产生EMI的因素较多，其中由基本整流器产生的电流高次谐波干扰和变压器型功率转换电路产生的尖峰电压干扰是主要因素。它们所以产生于电源装置的内部，是由于开关电源中的二级管和晶体管在工作过程中产生的跃变电压和电流，通过高频变压器、储能电感线圈和导线以及系统结构、元件布局等而造成的。 基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。这是因为正弦波通过整流器后不再是单一频率的电流，而是变成单向脉动电源，此电流波形分解为一直流分量和一系列频率不同的交流分量之和。实验结果表明，较高的谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰，一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变，另一方面通过电源线产生射频干扰，使接收机等产生噪声。 变压器型功率转换电路是实现变压、变频以及完成输出电压调整的部件，是开关稳压电源的核心，主要由开关管和高频变压器组成。它产生的尖峰电压是一种有较大辐度的窄脉冲，其频带较宽且谐波比较丰富。产生这种脉冲干扰的主要原因是：