开关电源EMI滤波器典型电路

开关电源滤波器开关电源电磁干扰滤波器是无源网络，它具有双向抑制性能。

将它插入在交流电网中与电源之间，相当于这二者的EMI噪声之间加上一个阻断屏障，这样一个简单的无源滤波器起到了双向抑制噪声的作用，从而在各种电子设备中获得广泛的应用。

开关电源由于功耗小效率高，体积小，重量轻，稳压范围广，电路形式灵活等特点，广泛地应用于计算机、通信等各类电子设备。

但是随着开关电源的小型化，开关就要高频化，这种高频化，其基波本身也就构成了一个干扰源，发出一种更强的传导干扰波，此外通过改进元器件达到高频化的同时，也会因辐射干扰波而导致一种超标准值的杂散的信号。

这些信号构成了电磁干扰(EMI)，被干扰对象是无线电通信。

为使无线电波不受电磁干扰的影响，就要采取措施限定这种电磁干扰，使之符合有关电磁兼容(EMC标准或规范，这已经成为电子产品设计者越来越关注的问题。

开关电源电磁干扰(EMI)的特点开关电源功率变换器中的功率半导体器件的开关频率通常较高，功率开关器件在高频下的通、断过程中不可避免地要产生强大的电磁干扰。

与数字电路相比，开关电源EMI呈现出鲜明的特点：a.开关电源EMI干扰源的位置比较清楚，主要集中在功率开关器件、二极管以及与之相连的散热器和高频变压器上。

b.作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，其产生的EMI噪声信号既具有很宽的频率范围，又有一定的强度。

c.印制电路板布线不当也是引起电磁干扰的主要原因。

这些干扰经传导和辐射对其他电子设备造成干扰。

任何电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。

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。

因此，欲削弱传导干扰，把EMI信号控制在有关EMC标准规定的极限电平以下，最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装电磁干扰滤波器。

电磁干扰滤波器的设计(1)电磁干扰滤波器设计原则电磁干扰滤波器的设计与选择，应根据干扰源的特性、频率范围、电压、阻抗等参数及负载特性的要求综合考虑，通常要考虑以下几方面的问题：1) 要求电磁干扰滤波器在相应工作频段范围内，能满足负载要求的衰减特性，若一种滤波器衰减量不能满足要求的时候，则可采用多级联，可以获得比单级更高的衰减，不同的滤波器级联，可以获得在宽频带内良好的衰减特性。

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。

开关电源原理及各功能电路详解一、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。

开关电源EMI滤波器原理和设计研究开关电源EMI滤波器是用于抑制开关电源产生的电磁干扰（EMI）的一种电路。

开关电源工作时，因为开关元件的开闭引起的瞬态电流和电压变化，会在电源线上产生高频噪声干扰，通过电磁辐射和传导的方式传播到其他电路中，对其他设备和系统产生干扰。

EMI滤波器的设计旨在通过选择合适的滤波器拓扑结构、滤波器元件和参数，以及合理布局和连接方式，来有效地抑制开关电源产生的高频噪声。

EMI滤波器的原理是通过串联和并联等方式构成一个低通滤波器，将开关电源的高频噪声滤除，使其只能在设定的频率范围内传递，从而减少对其他设备和系统的干扰。

EMI滤波器的设计研究需考虑以下几个方面：1.滤波器拓扑结构选择：常见的EMI滤波器拓扑结构包括LC滤波器、RC滤波器和LCL滤波器等。

不同的拓扑结构适用于不同的滤波需求，需根据实际应用场景选择适合的拓扑结构。

2.滤波器元件选择：滤波器中的元件包括电感、电容和电阻等。

选择合适的元件需要考虑元件的频率响应特性、阻抗特性、容值和功率等参数。

3.滤波器参数优化：滤波器的参数优化可以通过频率响应曲线和阻抗匹配等方法进行，以确保滤波器在设计频率范围内能够有效地滤除高频噪声。

4.布局和连接方式设计：合理的布局和连接方式可以减少电磁辐射和传导的路径，从而进一步提高滤波器的性能。

此外，还需对滤波器进行实验验证，通过在实际电路中的应用来评估滤波器的性能和有效性。

总之，开关电源EMI滤波器的原理和设计研究是为了抑制开关电源的高频噪声干扰，需要对滤波器的拓扑结构、元件选择、参数优化以及布局和连接方式进行综合考虑和设计，以提高滤波器的性能和效果。

开关电源中的EMI 滤波电感设计普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士开关电源中的功率变换器工作于高频开关方式，其输入线上的电流含有高频分量，这些高频分量对接在同一供电处的其它电子设备会产生干扰，严重时可能导致其它电子设备的正常工作，为此国际上专门制订了相关的EMI 标准，来限制各种电子设备对外产生的辐射与传导噪声。

其中最常用的传导EMI 标准有CISPR22、VDE 和FCC ，通过测试电子设备的传导EMI 来判断其是否满足相应的EMI 标准。

图1是测试开关电源传导EMI 的线路图，其中供电电源既可以是直流，也可以是交流，图中为交流。

LISN 为测试EMI 的阻抗匹配网络，uH L L 5021==，uF C C 1.021==，Ω==5021R R ，这个网络对于输入的低频分量，其1L 、2L 可看作短路，1C 、2C 可看作开路，所以不影响输入到输出的功率传递；对于蓝色框内开关电源所产生的高频分量，其1L 、2L 可看作开路，1C 、2C 可看作短路，因此开关电源输入线（线1和线2）上的高频电流分量将完全流过1R 、2R ，再将1R 、2R 上的电流信号用频谱分析仪进行测试，就可获得每一根输入线上的电流信号频谱，这些电流信号频率也被叫作传导EMI 噪声频谱，1R 、2R 就是测试传导EMI 的等效负载。

利用传导EMI 的的测试线路，可以将不加EMI 滤波器时的开关电源，所产生的噪声用图2(a)的电路等效，如果再将不加EMI 滤波器的开关电源在高频段用一个噪声电压源和三个噪声阻抗表示的话，则图2(a)的电路可以进一步用图2(b)来等效。

由图2(b)可知，产生传导EMIii (a) (b) 图2： 不加EMI 滤波器的开关电源之EMI 等效电路的根源有三个，一个是EMI 源N v ，一个是EMI 途径1Z 、2Z 和c Z ，再一个就是EMI 的负载1R 和2R 。

等效电路中的EMI 负载是固定的50欧电阻，而变化的是EMI 源及EMI 途径。

开关电源ＥＭＩ滤波器的正确选择与使用２额定电流与环境温度ＥＭＩ滤波器一般采用高导磁率软磁材料锰锌铁氧体，初始导磁率μi＝７００～１００００，但其居里点温度不高，优质的仅为１３０℃左右。

导磁率越高，居里点温度越低，典型曲线如图１０所示。

除特殊说明外，ＥＭＩ滤波器说明书给出的额定电流均指室温＋２５℃的值；同样，给出的典型插入损耗或曲线也均指室温＋２５℃的值。

随着环境温度的升高，主要由电感导线的损耗、磁芯损耗以及周围环境温度等原因导致温度高于室温，结果难于确保插入损耗的性能，甚至烧坏滤波器。

由于滤波电容的最高工作温度受到限制也是＋８５℃。

我们应该根据实际可能的最大工作电流和工作环境温度来选择滤波器额定电流。

图10 居里点温度曲线图11额定电流与温度的关系工作电流、额定电流与环境温度之间存在如下关系：式中：Ｉp——容许的最大工作电流；ＩＲ——室温＋２５℃时的额定电流；Ｔmax——容许的最高工作温度，＋８５℃；Ｔa——环境温度；ＴＨ——室温（＋２５℃）。

也可用曲线表示（参见图１１）。

曲线表示Ｉp/IR∝Ｔa。

举例说明：＋２５℃Ｉp＝IR；+45℃Ip=0.816IR；＋５５℃Ｉp=0.5IR；+85℃Ｉp＝０.0因此，要根据工作温度来正确选择滤波器的额定电流；或者用改善滤波器的散热条件（工作环境）来确保滤波器的安全使用。

这样，滤波器务必安装在有散热作用的机架、机壳上，切忌安装在绝缘材料上。

３耐压、泄漏电流与安全3.1耐压与安全由于ＥＭＩ滤波器安装在ＡＣ电网的输入端，所以除了承受开关电源（滤波器的负载）产生的尖峰脉冲干扰电压外，还要承受来自电网的浪涌电压（电流），特别是浪涌电压，其持续时间长（ms级），能量大（２０００伏浪涌电压是经常出现的）。

这些干扰电压由滤波器的Ｃx、Ｃy承受。

因此，要求使用专为ＥＭＩ滤波器设计的Ｃx、Ｃy。

目前，据了解，因内尚没有这类电容器生产厂家。

电容Ｃx或Ｃy被浪涌电压击穿产生的后果，是Ｃx被击穿短路，相当于ＡＣ电网被短路，至少造成设备停止工作；Ｃy击穿短路，相当于将ＡＣ电网的电压加到设备的外壳，它直接威胁人身安全的同时，波及所有与金属外壳为参考地的电路安全，往往导致某些电路的烧毁。

开关电源滤波器开关电源电磁干扰滤波器是无源网络，它具有双向抑制性能。

将它插入在交流电网中与电源之间，相当于这二者的 EMI 噪声之间加上一个阻断屏障，这样一个简单的无源滤波器起到了双向抑制噪声的作用，从而在各种电子设备中获得广泛的应用。

开关电源由于功耗小效率高，体积小，重量轻，稳压范围广，电路形式灵活等特点，广泛地应用于计算机、通信等各类电子设备。

但是随着开关电源的小型化，开关就要高频化，这种高频化，其基波本身也就构成了一个干扰源，发出一种更强的传导干扰波，此外通过改进元器件达到高频化的同时，也会因辐射干扰波而导致一种超标准值的杂散的信号。

这些信号构成了电磁干扰 (EMI)，被干扰对象是无线电通信。

为使无线电波不受电磁干扰的影响，就要采取措施限定这种电磁干扰，使之符合有关电磁兼容(EMC)标准或规范，这已经成为电子产品设计者越来越关注的问题。

开关电源电磁干扰 (EMI)的特点开关电源功率变换器中的功率半导体器件的开关频率通常较高，功率开关器件在高频下的通、断过程中不可避免地要产生强大的电磁干扰。

与数字电路相比，开关电源 EMI 呈现出鲜明的特点：a.开关电源EMI 干扰源的位置比较清楚，主要集中在功率开关器件、二极管以及与之相连的散热器和高频变压器上。

b.作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，其产生的EMI 噪声信号既具有很宽的频率范围，又有一定的强度。

c.印制电路板布线不当也是引起电磁干扰的主要原因。

这些干扰经传导和辐射对其他电子设备造成干扰。

任何电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。

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。

因此，欲削弱传导干扰，把 EMI信号控制在有关EMC 标准规定的极限电平以下，最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装电磁干扰滤波器。

电磁干扰滤波器的设计(1)电磁干扰滤波器设计原则电磁干扰滤波器的设计与选择，应根据干扰源的特性、频率范围、电压、阻抗等参数及负载特性的要求综合考虑，通常要考虑以下几方面的问题：1)要求电磁干扰滤波器在相应工作频段范围内，能满足负载要求的衰减特性，若一种滤波器衰减量不能满足要求的时候，则可采用多级联，可以获得比单级更高的衰减，不同的滤波器级联，可以获得在宽频带内良好的衰减特性。