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EMI滤波器的设计

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EMI滤波器的设计

滤波器技术的基本用途是选择信号和抑制干扰，滤波器是是压缩信号回路干

扰频谱的一种方法，当干扰频谱的成分不同于有用信号的频谱时，就可以用滤波器

将无用的干扰信号过滤，减小到一定程度，使传出系统的干扰不甚于超出给定的规

范；使传入系统的干扰不甚于引起系统的误动作。滤波器将有用信号和干扰频谱隔

离得越充分，它对减少有用信号回路干扰的效果越好。因此恰当的设计滤波器，对

抑制传导干扰是极其重要的。 EMI滤波器的设计原则

滤波器的设计既可以用电抗性组件实现，也可用吸收组件实现。前者将不要

的干扰信号反射回去，后者将不需要的信号吸收掉。反射式滤波器通常由电感和电

容这两种电抗组件组成，使在通带内提供低的串联阻抗和高的并联阻抗；而在阻带

内提供高的串联阻抗和低的并联阻抗。反射式滤波器就是利用LC建立起一个高的

串联阻抗和低的并联阻抗，把干扰频率成分的能量反射回信号源，而达到抑制干扰

的目的。

滤波器的有效性取决于滤波器连接的前后网络的阻抗，要达到有效的抑制EMI

信号的目的，必须根据滤波器两端连接的EMI信号的源阻抗和负载阻抗合理连接。

如图1所示，当滤波器的输入阻抗ZOUT与负载电阻ZL相等时，两者匹配，此

时负载无反射。当ZL≠ZOUT时，电路失配，则终端会产生反射，我们定义反射系数

Γ=（ZOUT-ZL）/(ZOUT+ZL)(1)

ZS

ZLAC滤波器ZINZOUT图1：滤波器的工作原理

当负载电抗时，反射系数是复数。反射系数与衰减的关系是：

Ar=-10lg(1-∣T∣2 ) (2)

工程应用中常用反射系数Γ来表示通带内的最大适配情况。图2中的滤波器

网络是电源EMI滤波器，ΓI表示源端对滤波网络的反射系数; ΓZ表示负载端对滤

波网络的反射系数，分三种情况讨论：

① 对电源频率50HZ、60HZ或400HZ的交流信号而言，要求滤波网络无损耗传送。

即：ΓI=ΓZ=0； ZS=ZIN; ZL=ZOUT;

② 为了滤除电网传来的EMI信号，要求：

ZS=ZIN; ΓI=0 ；电网上的干扰传入滤波网络；

ZL>>ZOUT; ΓZ=1滤波网络全部吸收干扰（从负载全反射）。

③ 为抑制电子设备内产生的EMI信号，要求滤波网络：

ZL=ZOUT; ΓZ=0电子设备中的干扰传入电网（传入）

ZS>>ZIN; ΓI=1网络全部吸收电子设备中的干扰。

由于电源系统阻抗值和干扰源的阻抗值随时间的场合，频率大范围的变化，

难以设计一个滤波器网络，同时满足上述三个要求。但是对EMI信号的反射，会

增加对EMI信号的衰减，其数值可以用式（2）计算，以实现对EMI信号有效的抑

制。

根据EMI滤波器的基础原理和上述设计原则，为某电磁炉设计的EMI滤波器

原理图，如图2所示： .

.L

NRL1L2CY2CY1CX图2：某电磁炉EMI滤波器原理 EMI滤波器的参数设定（确定）

1. 残余电压释放电阻R取值：在允许的情况下，电阻取值越小越好。根据实际情

况考虑以下因素：

① 电阻要求采用二级降额使用，保证可靠性。降额系数为0.75、0.6W。根据欧姆

定律可求出：R>(0.75Ve)2/(0.6Pe)

② 经过雷击浪涌后有残余电压，其瞬时值一般在1000V取值，其瞬时功率不能超

过额定功率的4倍。可求出R>(VCY)2/(4Pe)

③ 电阻要与CX电容器配合使用，使用时间常数£=RCX小于2秒。当电容放电时间

等于£时，CX电容器两端的电压上升和下降是最大值的63%。

综合考虑，一般情况下，电阻R取值在75KΩ～200KΩ之间；功率为2W～3W的

金属膜电阻。

2. CX电容器取值：

CX电容器是指该电容失效后，不会导致工作人员遭电击，不危及人身安全。电容

器两端必须并联安全电阻，用以防止电源线插拔时，电源线插头长时间带电。安全

标准规定：工作中的机器，当电源线被拔掉时，在2秒钟内，电源线插头两端电压

（或对地电位）必须小于原来电压的30%。（电容器上除加有电源额定电压外，还

会叠加L和N之间存在的各种EMI信号峰值电压。）根据电容器应用的最坏情况和

电源断开的条件，CX电容器的安全等级分为X1和X2两类，参见表1. 表1.CX电容的安全等级分类： CX电容等级 用于设备的峰值电压VP 应用场所在电场强度试验期间所加的峰值电压VP 对电容器C≦0.33μF，VP.为4KV X1 VP.>1.2KV 出现高的峰值电压对电容器C≧0.33μF，VP.=4-（0.33-C）KV X2 VP<1.2KV 一般场所1.4KV CX电容器一般选用纹波电流比较大的聚酯薄膜安全电容，这种电容体积一般都很

大，但其允许瞬间充放电的电流很大，即内阻比较小。普通电容器纹波电流指标一

般都很小，动态内阻比较大。用普通电容器代替CX电容器，除耐用条件不能满足

外，一般纹波电流指标也难以满足要求。CX电容器取值一般在1μF～5μF之间。

电容的耐压值必须经过雷击浪涌后取值，浪涌残压瞬时值在1000V/S时，电容器不

损坏，按二级降额的原则选取，取值在275V。

3. CY1、CY2电容器取值：

这两个电容器会引起设备漏电或机壳带电，容易危及人身安全，它们都属于安

全电容。其容量不能大，一般取值在2200PF～4700PF之间（每个电容）并且要

求耐压很高，否则机器将会漏电。电容的耐压值必须经过雷击浪涌后取值，残

压瞬时值在1000V/S时不损坏，按二级降额原则选取，取值在275V。

电容器频率特性与电容的取值有关，取值越小，频率特性越好。CX和 CY电容器，一般都通过较小的电容器并联，来满足容易的要求，这样滤波器的高

频特性好。

4. 电感器取值：

从以下几个方面考虑电感器材料的选取：

第一、磁芯材料频率范围 宽，要保证最高频率在1GHZ，即在很宽的范围内有

比较稳定的磁导率；

第二、磁导率高，实际中很难满足这一要求，所以磁导率通常分段考虑。

共模线圈磁芯材料一般选用铁氧体环形磁芯。环形磁芯使用于大电流小电感量，

它的磁路比E型和U型的长，没有间隙，用较少的圈数，可获得较大的电感量。

由于这些特点，它具有特佳的频率特性。电感量的估算应考虑阻抗和频率。通

常共模线圈取值在1.5ｍＨ～５ｍＨ之间，差模扼流圈取值在１０μＨ～５０μ

Ｈ之间。 设计电源ＥＭＩ时，因为它们工作在高压、大电流恶劣的电磁环境中。首先必

须考虑所有电感器、电容器的安全性能。对电感线圈，具有磁芯、绕线的材料、绝

缘材料和绝缘距离、线圈温升等都予以重视。对于电容器种类、耐压、安全等级、

容量、漏电流等都应优先考虑，特别要求先选择经过国际安全机构安全认证的产品。 ＥＭＩ滤波器的安装

电源ＥＭＩ滤波器对电磁干扰的抑制作用，不仅取决于它们的设计和工作条

件，而且取决于滤波器的实际安装情况。电源ＥＭＩ滤波器的安装质量对滤波器效

果影响很大，只有安装位置恰当，安装方法正确，才能对干扰起到预期的滤波效果。

安装时要注意以下几点：

①安装的位置要依据干扰的侵入途径确定。当只有一个或很少几个干扰源影

响多个敏感设备时，应在干扰源一侧接入滤波器，这样不仅可以减少使用滤波器的

数目，而且可以使干扰局限于干扰源附近，降低对低电平线的要求。反之，当只有

一个敏感设备，而有多个干扰源时，滤波器应安装在敏感设备一侧。如果干扰来自

电源线辐射，则应在电源出口处安装滤波器，否则，辐射干扰将通过各种途径侵入

敏感设备。

②滤波器的输入配线和输出配线应尽量远离，且屏蔽隔离，以最大限度减小

输入、输出之间的耦合电容，减小其旁路作用引入的传导干扰与辐射干扰。 ③滤波器必须有良好的高频接地，否则，当滤波电容与地线阻抗谐振时，将产

生很强的干扰，降低高频滤波效果。为此，滤波器多采用机壳直接接地。 ④滤波器的所有连线，特别是地线应尽量短，并按顺序布置。 EMI滤波器的分类：

EMI滤波器按型状可以分为：一体化式和分立式。一体化式是将电感线圈、电容器

等封装在金属或塑胶料壳中；分立式是在印制板上安装电感线圈、电容器等。 结语：

EMI滤波器的设计，主要依据电磁干扰特性和系统电磁兼容性的要求，在了解电磁

干扰频率范围，估计干扰大致量级的基础上进行。首先要了解滤波器的使用环境，

重点考虑其安全性能参数。根据输入电路的要求，以产生最大阻抗不匹配的原则来

设计滤波器的网络结构和参数，使滤波器对EMI噪声产生最佳的抑制效果，从而

实现EMC的设计。

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EMI滤波器设计原理

EMI滤波器设计原理

EMI滤波器设计原理

随着电子设计、 计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及，电网噪声干扰日益严重并形成一种公害。特别是瞬态噪声干扰，其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高（几百伏至几千伏）、随机性强，对微机和数字电路易产生严重干扰，常使人防不胜防，这已引起国内外电子界的高度重视。电磁干扰滤波器（EMI

Filter）是近年来被推广应用的一种新型组合器件。它能有效地抑制电网噪声，提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性，可广泛用于电子测量仪器、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域.

1 电磁干扰滤波器的构造原理及应用

1.1 构造原理

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。

电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz～30MHz，最高可达150MHz。根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰，另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。这表明噪声属于双向干扰信号，电子设备既是噪声干扰的对象，又是一个噪声源。若从形成特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。串模干扰是两条电源线之间（简称线对线）的噪声。共模干扰则是两条电源线对大地（简称线对地）的噪声。因此，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性（EMC）的要求，也必须是双向射频滤波器，一方面要滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。此外，电磁干扰滤波器就对串模、共模干扰都起到抑制作用.

1.2 基本电路及其典型应用

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～0.47μF,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通。C1～C4的耐压值均为630VDC或250VAC。

EMI滤波器的设计原理

EMI滤波器的设计原理

EMI滤波器的设计原理

2008-06-04 19:17

电磁干扰滤波器（EMI Filter）是近年来被推广应用的一种新型组合器件。它能有效地抑制电网噪声，提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性，可广泛用于电子测量仪器、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。

1 电磁干扰滤波器的构造原理及应用

1.1 构造原理

电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz～30MHz，最高可达150MHz。根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰，另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。这表明噪声属于双向干扰信号，电子设备既是噪声干扰的对象，又是一个噪声源。若从形成特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。串模干扰是两条电源线之间（简称线对线）的噪声。共模干扰则是两条电源线对大地（简称线对地）的噪声。因此，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性（EMC）的要求，也必须是双向射频滤波器，一方面要滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。此外，电磁干扰滤波器就对串模、共模干扰都起到抑制作用.

1.2 基本电路及其典型应用

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～0.47μF,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通。C1～C4的耐压值均为630VDC或250VAC。

EMI滤波器电路原理及设计

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-Off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。

EMI滤波器电路原理及设计 2

EMI滤波器电路原理及设计 2

EMI滤波器电路原理及设计

EMI滤波器（Electromagnetic Interference Filter）是一种用于抑制电磁干扰的电路。电磁干扰是指电子设备之间相互干扰产生的电磁辐射或者干扰信号，会对设备的正常操作和性能产生负面影响。EMI滤波器通过选择性地传递或者屏蔽指定频率范围内的信号，从而实现对电磁干扰的抑制。

一般来说，低通滤波器是指可以通过低于其中一特定频率的信号，而对高于该特定频率的信号进行滤波的电路。低通滤波器常用于消除高频电磁干扰。一个常见的低通滤波器电路是RC滤波器，由电容器和电阻器组成。电容器对于高频信号具有很大的阻抗，从而将高频信号绕过电路，实现滤波作用。选择合适的电容和电阻大小可以实现对于特定频率的信号滤波。

相比之下，高通滤波器是指可以通过高于其中一特定频率的信号，而对低于该特定频率的信号进行滤波的电路。高通滤波器常用于消除低频电磁干扰。一个常见的高通滤波器电路是RL滤波器，由电感器和电阻器组成。电感器对于低频信号具有很大的阻抗，从而将低频信号绕过电路，实现滤波作用。选择合适的电感和电阻大小可以实现对于特定频率的信号滤波。

除了RC和RL滤波器，还有其他各种类型的EMI滤波器电路，比如LC滤波器、二阶滤波器、传输线滤波器等，可以根据具体应用的需求进行选择和设计。

在EMI滤波器电路的设计中，首先需要确定需要滤波的频率范围，然后根据频率范围选择合适的滤波器类型。其次，需要根据滤波器的阻抗特性和传输线的特性来选择适当的元件值。还需要注意电路的功率和电流容量，以确保电路能够在正常工作范围内工作。

在实际应用中，EMI滤波器电路通常需要与其他电路结合使用，比如与电源、传输线路、信号线路等进行连接。因此，需要特别注意电路的布局和接线，以减少电磁干扰的传播路径。

总之，EMI滤波器电路是一种用于抑制电磁干扰的重要电路，通过选择性地传递或者屏蔽指定频率范围内的信号，实现对电磁干扰的抑制。在设计EMI滤波器电路时，需要根据具体应用需求选择合适的滤波器类型，并根据电路的阻抗特性和传输线的特性选择适当的元件值。此外，还需要注意电路的布局和接线，以减少电磁干扰的传播路径。