DC-DC模块电源常用的EMI滤波和浪涌抑制电路
FUSE1为保险管，一般取1.5~2倍最大电流。
R1为压敏电阻（电压大于最高输入电压，电流按抗浪涌级别选择，例如：君耀101KD14）。C1~ C3为滤波电容（常见1~10μF/100V），E1为电解电容（100μF/100V）。
L1为共模电感（500-5000μH），L2为差模电感（10~100μH）。
D2为瞬态吸收二极管TVS（稳压值稍大于最高输入电压，电流按抗浪涌级别选择，例如：君耀5KP75CA）。
注：器件参数仅供参考，根据实际应用情况调整。
防浪涌电路汇总
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防浪涌电路调研总结 常用的防浪涌电路有三种方案： 一、利用传统的防雷元器件组合成防浪涌电路，例如TVS管（瞬态抑制二极管），气体放电管，PTC（热敏电阻）等。这些防雷元器件的价格都很低。 二、光耦合电路。(光隔离器件，价格较低，TPL521-4价格为2元左右。) 三、磁耦合电路。磁隔离是ADI公司iCoupler专利技术，是基于芯片级变压器的隔离技术。利用该公司生产的相关芯片可以大大简化电路，减少PCB的面积。(adm2483的价格在10元左右，adm3251e的价格在10元~20元之间。) 浪涌的来源：浪涌通常由自然界的雷电、电源系统（特别是带很重的感性负载）开关切换时引起的，浪涌的产生将带来能量巨大的瞬变过压或过流，例如感应雷在RS-485传输线上引起的瞬变干扰，其能量可在瞬间烧毁连结传输线上的全部器件。 通常所说的防浪涌，有两个耐压指标，一个是共模，一个是差模。自然界雷电或大电流切换时产生的浪涌一般认为是共模的，而差模形式的浪涌往往是由于数据电缆附近有高压线经过，数据电缆与高压线之间因绝缘不良而产生的，虽然后者比前者产生的电压和电流要小得多，但它不像前者那样只维持很短的几毫秒，而会在数据通信网络中较长时间内稳定地存在。光耦或磁耦器件标称的耐压是共模，也就是前端到后端之间的耐压。如果超过这个耐压，前端后端都一起烧坏；器件不会标称差模的耐压，这个由电路的设计来决定，如果超过这个耐压，前端烧坏，后端不会烧坏。 防浪涌电路通常分为隔离法和规避法： 一、隔离法 光耦合（需要隔离电源） 光耦合器（optical coupler，OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。 只要浪涌产生的电压幅值不超过光耦器件标称的值（通常为2500V），光耦就不会损坏，即使浪涌电压长时间地存在也不会对被隔离的设备产生损害。值得注意的是，光耦一般只能抑制共模形式的浪涌，不能抑制差模形式的浪涌。光耦
信号口浪涌防护电路设计 通讯设备的外连线和接口线都有可能遭受雷击（直接雷击或感应雷击），比如交流供电线、用户线、ISDN接口线、中继线、天馈线等，所以这些外连线和接口线均应采取雷击保护措施。 设计信号口防雷电路应注意以下几点： 1、防雷电路的输出残压值必须比被防护电路自身能够耐受的过电压峰值低，并有一定裕量。 2、防雷电路应有足够的冲击通流能力和响应速度。 3、信号防雷电路应满足相应接口信号传输速率及带宽的需求，且接口与被保护设备兼容。 4、信号防雷电路要考虑阻抗匹配的问题。 5、信号防雷电路的插损应满足通信系统的要求。 6、对于信号回路的峰值电压防护电路不应动作，通常在信号回路中，防护电路的动作电压是信号回路的峰值电压的1.3～1.6倍。 1.1网口防雷电路 网口的防雷可以采用两种思路：一种思路是要给雷电电流以泄放通路，把高压在变压器之前泄放掉，尽可能减少对变压器影响，同时注意减少共模过电压转为差模过电压的可能性。另一种思路是利用变压器的绝缘耐压，通过良好的器件选型与PCB设计将高压隔离在变压器的初级，从而实现对接口的隔离保护。下面的室外走线网口防雷电路和室内走线网口防雷电路就分别采用的是这两种思路。 1.1.1室外走线网口防雷电路 设计。1当有可能室外走线时，端口的防护等级要求较高，防护电路可以按图 R1TX组合式G1PE，低节电容TVS R2 R3组合式RXG2PE，低节电容TVS R4a 变/22.23R097CXTXUNUSESLVU2.8-UNUSE10/10TXTXENTERNERX PH RXUNUSETXUNUSERX RJ47777RXVCVCCGND b 1 室外走线网口防护电路图从图中可以看出该电路的结构与室给出的是室外走线网口防护电路的基本原理图，图1aTVS口防雷电路类似。共模防护通过气体放电管实现，差模防护通过气体放电管和外走线E1它可以同时是三极气体放电管，，型号是3R097CXAG1管组成的二级防护电路实现。图中和G2使电阻，/2W起到两信号线间的差模保护和两线对地的共模保护效果。中间的退耦选用2.2Ω防雷性能电阻值在保证信号传输的前提下尽可能往大选取，前后级防护电路能够相互配合，因为网口传输速率高，在网口防雷TVS后级防护用的管，Ω。会更好，但电阻值不能小于2.21b图。SLVU2.8-4这里推荐的器件型号为管需要具有更低的结电容，TVS电路中应用的组合式 就是采用上述器件网口部分的详细原理图。 三极气体放电管的中间一极接保护地PGND，要保证设备的工作地GND和保护地PGND通过PCB走线在母板或通过电缆在结构体上汇合（不能通过0Ω电阻或电容），这样才能减小GND和PGND的电位差，使防雷电路发挥保护作用。 电路设计需要注意RJ45接头到三极气体放电管的PCB走线加粗到40mil，走线布在TOP层或BOTTOM层。若单层不能布这么粗的线，可采取两层或三层走线的方式来满足走线的宽度。退耦
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
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）；
以下是电源系统SPD选择的要点： 欧阳学文 1、根据被保护线路制式，例如：单相220V、三相 220/380V TNC/TNS/TT等，选择合适制式SPD 2、根据被保护设备的耐冲击电压水平，选择SPD的电压保护水平Up。一般终端设备的耐冲击电压1.5kV，具体可参照GB 503435.4。Up值小于其耐冲击电压即可。 3、根据线路引入方式，有无因直击雷击中而传到雷电流的风险，选择一级或者二级SPD。一级SPD是有雷电流泄放参数的10/350波形的。 4、根据GB 500576.3.4里的分流计算，计算线路所需的泄放电流强度，选择合适放电能力的SPD，需要SPD标称放电电流参数大于线路的分流电涌电流即可。 至于型号，不同厂家型号不一，没什么参考价值。建议选择知名品牌，现在防雷市场鱼龙混杂，不要贪图便宜而使用劣质产品。 浪涌保护器设计原理、特性、运用范畴 设计原理
在最常见的浪涌保护器中，都有一个称为金属氧化物变阻器（Metal Oxide Varistor，MOV）的元件，用来转移多余的电压。如下图所示，MOV将火线和地线连接在一起。MOV由三部分组成：中间是一根金属氧化物材料，由两个半导体连接着电源和地线。 这些半导体具有随着电压变化而改变的可变电阻。当电压低于某个特定值时，半导体中的电子运动将产生极高的电阻。反之，当电压超过该特定值时，电子运动会发生变化，半导体电阻会大幅降低。如果电压正常，MOV会闲在一旁。而当电压过高时，MOV可以传导大量电流，消除多余的电压。随着多余的电流经MOV转移到地线，火线电压会恢复正常，从而导致MOV的电阻再次迅速增大。按照这种方式，MOV仅转移电涌电流，同时允许标准电流继续为与浪涌保护器连接的设备供电。打个比方说，MOV的作用就类似一个压敏阀门，只有在压力过高时才会打开。 另一种常见的浪涌保护装置是气体放电管。这些气体放电管的作用与MOV相同——它们将多余的电流从火线转移到地线，通过在两根电线之间使用惰性气体作为导体实现
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
电子设备的浪涌防护 浪涌 浪涌顾名思义就是瞬间出现超出稳定值的峰值，它包括浪涌电压和浪涌电流。 浪涌电压是指的超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可能引起浪涌的原因有：重型设备、短路、电源切换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量，以保护连接设备免于受损。 浪涌电流是指电源接通瞬间或是在电路出现异常情况下产生的远大于稳态电流的峰值电流或过载电流。 在电子设计中，浪涌主要指的是电源(只是主要指电源)刚开通的那一瞬息产生的强力脉冲,由于电路本身的非线性有可能高于电源本身的脉冲;或者由于电源或电路中其它部分受到本身或外来尖脉冲干扰叫做浪涌.它很可能使电路在浪涌的一瞬间烧坏,如PN结电容击穿,电阻烧断等等. 而浪涌保护就是利用非线性元器件对高频(浪涌)的敏感设计的保护电路,简单而常用的是并联大小电容和串联电感. 供电系统浪涌的来源分为外部（雷电原因）和内部（电气设备启停和故障等）。供电系统浪涌的产生 供电系统浪涌的来源分为外部（雷电原因）和内部（电气设备启停和故障等）。 外部原因： 雷击对地闪电可能以两种途径作用在低压供电系统上： （1）直接雷击：雷电放电直接击中电力系统的部件，注入很大的脉冲电流。发生的概率相对较低。 （2）间接雷击：雷电放电击中设备附近的大地，在电力线上感应中等程度的电流和电压。 直接雷击是最严重的事件，尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电线。在发生这些事件时，架空输电线电压将上升到几十万伏特，通常引起绝缘闪络。雷电电流在电力线上传输的距离为一公里或更远，在雷击点附近的峰值电流可达 100kA或以上。在用户进线口处低压线路的电流每相可达到5kA到10kA。在雷电活动频繁的区域，电力设施每年可能有好几次遭受雷电直击事件引起严重雷电电流。而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁的地区，上述事件是很少发生的。 间接雷击和内部浪涌发生的概率较高，绝大部分的用电设备损坏与其有关。所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。 内部原因： 内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关：供电系统内部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等原因，都会带来内部浪涌，给用电设备带来不利影响。特别是计算机、通讯等微电子设备带来致命的冲击。即便是没有造成永久的设备损坏，但系统运行的异常和
电涌保护器(Surge protection Device)是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。 电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于电涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。 一、SPD的分类： 1、按工作原理分： 1．开关型：其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有：放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。 2．限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有：氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。 3．分流型或扼流型 分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈现为高阻抗。 扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率呈现为低阻抗。 用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。 按用途分：(1)电源保护器：交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。 (2)信号保护器：低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。 二、SPD的基本元器件及其工作原理： 1．放电间隙(又称保护间隙)： 它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成(如图15a)，其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线（N）相连，另一根金属棒与接地线(PE)相连接，当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，把一部分过电压的电荷引入大地，避免了被保护设备上的电压升高。这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整，结构较简单，其缺点时灭弧性能差。改进型的放电间隙为角型间隙，它的灭弧功能较前者为好，它是*回路的电动力F 作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭的。 2．气体放电管： 它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体(Ar)的玻璃管或陶瓷管内组成的。为了提高放电管的触发概率，在放电管内还有助触发剂。这种充气放电管有二极型的，也有三极型的， 气体放电管的技术参数主要有：直流放电电压Udc;冲击放电电压Up(一般情况下Up≈(2～3)Udc;工频而授电流In;冲击而授电流Ip；绝缘电阻R(>109Ω)；极间电容(1-5PF) 气体放电管可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压Udc分别如下：在直流条件下使用：Udc≥1.8U0（U0为线路正常工作的直流电压） 在交流条件下使用：U dc≥1.44Un(Un为线路正常工作的交流电压有效值) 3．压敏电阻： 它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好（I=CUα中的非线性系数α），通流容量大（～2KA/cm2），常
以下是电源系统SPD选择的要点： 1、根据被保护线路制式，例如：单相220V、三相220/380VTNC/TNS/TT等，选择合适制式SPD 2、根据被保护设备的耐冲击电压水平，选择SPD的电压保护水平Up。一般终端设备的耐冲击电压1.5kV，具体可参照GB50343-5.4。Up值小于其耐冲击电压即可。 3、根据线路引入方式，有无因直击雷击中而传到雷电流的风险，选择一级或者二级SPD。一级SPD是有雷电流泄放参数的10/350波形的。 4、根据GB50057-6.3.4里的分流计算，计算线路所需的泄放电流强度，选择合适放电能力的SPD，需要SPD标称放电电流参数大于线路的分流电涌电流即可。 至于型号，不同厂家型号不一，没什么参考价值。建议选择知名品牌，现在防雷市场鱼龙混杂，不 ? 的元件，MOV 作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α为非线性系数，对于齐纳二极管α=7～9，在雪崩二极管α=5～7. ?抑制二极管的技术参数主要有： （1）额定击穿电压，它是指在指定反向击穿电流（常为lma）下的击穿电压，这于齐纳二极管额定击穿电压一般在2.9V～4.7V范围内，而雪崩二极管的额定击穿电压常在5.6V～200V范围内。（2）最大箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的最高电压。 （3）脉冲功率：它是指在规定的电流波形（如10/1000μs）下，管子两端的最大箝位电压与管子中电流等值之积。