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抑制开关电源电磁干扰的措施开关电源存在着共模干扰和差模干扰两种电磁干扰形式。
根据上篇分析的电磁干扰源，结合它们的耦合途径，可以从EMI 滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面来抑制干扰，把电磁干扰衰减到允许限度之内。
1.交流输入EMI 滤波器滤波是一种抑制传导干扰的方法，在电源输入端接上滤波器可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。
电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。
电源进线端通常采用如图1 所示的EMI 滤波器电路。
该电路可以有效地抑制交流电源输入端的低频差模骚扰和高频段共模骚扰。
在电路中，跨接在电源两端的差模电容Cx1、Cx2 （亦称X 电容）用于滤除差模干扰信号，一般采用陶瓷电容器或聚脂薄膜电容器，电容值通常取0.1~ 0. 47F。
而中间连线接地的共模电容Cy1和Cy2 （亦称Y 电容）则用来短路共模噪声电流，取值范围通常为C1=C2 # 2200 pF。
抑制电感L1、L2 通常取100~ 130H，共模扼流圈L 是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成，通常要求其电感量L#15~ 25 mH。
当负载电流渡过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消。
因此，即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。
而对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会呈现较大电感，从而起到衰减共模干扰信号的作用。
2.利用吸收电路开关电源产生EMI 的主要原因是电压和电流的急剧变化，因而需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率（ du/ dt 和di/ dt ）。
采取吸收电路能够抑制EMI，其基本原理就是在开关关断时为其提供旁路，吸收积蓄在寄生分布参数中的能量，从而抑制干扰的发生。
可以在开关管两端并联如图2（ a）所示的RC 吸收电路，开关管或二极管在开通和关断过程中，管中产生的反向尖峰电流和尖峰电压，可以通过缓冲的方法予以克服。
开关电源的EMI滤波器设计的开题报告一、选题背景及意义随着电子产品的普及和发展，开关电源已经成为了一个十分重要和普遍的电源类型。
开关电源具有体积小、效率高、维护简单等优点，但是由于其工作方式的特点，会产生较多的电磁干扰信号，对其它电子设备的正常工作造成一定的影响。
因此，在开关电源中应用EMI(电磁干扰)滤波器是必不可少的。
EMI滤波器是一种电路组件，能够有效地降低开关电源中的EMI干扰信号，从而提高设备的抗干扰能力，保证数据的可靠性和设备工作稳定性。
它能够通过选择合适的滤波器结构和元器件，对开关电源中产生的高频噪声进行滤波和屏蔽，从而减少电磁干扰和电源的噪声。
因此，本篇论文选取开关电源的EMI滤波器设计作为课题，旨在通过对滤波器结构和元器件的选择和分析，设计出一种有效的EMI滤波器，为开关电源应用提供指导和借鉴。
二、课题研究内容本题的主要研究内容包括以下两个方面：1、EMI滤波器的基本原理与设计方法：介绍EMI滤波器的基本原理及EMI源，重点探讨滤波器的设计方法和结构特点，对滤波器元件的选取和电路拓扑进行分析和优化。
2、开关电源中EMI滤波器的设计：根据EMI滤波器的设计原理和方法，结合开关电源的特性，设计一种适合开关电源的EMI滤波器，包括滤波器的拓扑结构、元器件的选择和最终电路方案。
三、研究意义本课题的研究成果，有以下几个方面的意义：1、EMI滤波器设计的研究对于提高开关电源的抗干扰能力，保证设备的数据可靠性，工作稳定性和电磁兼容性方面具有实际意义。
2、本研究成果对于进一步完善EMI滤波器的设计方法和研究具有一定的借鉴意义，并对工程实践具有一定的指导作用。
3、本研究针对开关电源的EMI滤波器设计，未来可进行推广和应用，在电路设计和电子设备维护过程中发挥积极作用。
四、研究方法本研究采取文献调研、理论研究和电路仿真等方法进行研究。
首先通过查阅文献和咨询相关专家，了解EMI滤波器的设计原理和方法；然后针对开关电源的特性，结合EMI滤波器的设计方法，进行滤波器电路的模拟仿真分析，得到最终的方案设计。
开关电源EMI滤波器的设计要使EMI滤波器对EMI信号有最佳的衰减特性，设计与开关电源共模、差模噪声等效电路端接的EMI滤波器时，就要分别设计抗共模干扰滤波器和抗差模干扰滤波器才能收到满意的效果。
1．抗共模干扰的电感器的设计电感器是在同一磁环上由两个绕向与匝数都相同的绕组构成。
当信号电流在两个绕组流过对，产生的磁场恰好抵消，它可几乎无损耗地传输信号。
因此，共模电流可以认为是地线的等效干扰电压Ug所引起的干扰电流。
当它流经两个绕组时，产生的磁场同相叠加，电感器对干扰电流呈现出较大的感抗，由此起到了抑制地线干扰的作用。
电路如图1所示。
信号源至负载RL连接线的电阻为Rcl、Rc2，电感器自感为L1、L2，互感为M，设两绕组为紧耦合，则得到L1＝L2＝M。
由于Rc1和RL串联且Rc1＜＜RL，则可以不考虑Vg， Vg 被短路可以不考虑Vg的影响。
其中（Is是信号电流，Ig是经地线流回信号源的电流。
由基尔霍夫定律可写出：式（2）表明负载上的信号电压近似等于信号源电压，即共模电感传输有用信号时几乎不引入衰减。
由（1）式得知，共模千扰电流Ig随f：fc的比值增大而减小。
当f：fc的比值趋于无穷时，Ig=0，即干扰信号电流只在电感器的两个绕组中流过而不经过地线，这样就达到了抑制共模干扰的作用。
所以，可以根据需要抑制的干扰电压频率来设置电感器截止频率。
一般来说，当干扰电压频率f≥5fc时，即Vn：Vg≤0.197，就可认为达到有效抑制地线中心干扰的目的。
2．抗差模干扰的滤波器设计差模干扰的滤波器可以设计成Π型低通滤波器，电路如图2所示。
这种低通滤波器主要是设置电路截止频率人的值达到有效地抑制差模传导干扰的目的。
开关电源EMI滤波器原理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）；2）对电网频率低衰减（满足规定的通带频率和通带低衰减）；3）低成本。
1.1 常用低通滤波器模型EMI滤波器通常置于开关电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波器。
如图1所示，噪声源等效阻抗为Z source、电网等效阻抗为Z sink。
滤波器指标（f stop和H stop）可以由一阶、二阶或三阶低通滤波器实现，滤波器传递函数的计算通常在高频下近似，也就是说对于n阶滤波器，忽略所有ωk相关项（当k<n），只取含ωn相关项。
表1列出了几种常见的滤波器拓扑及其传递函数。
特别要注意的是要考虑输入、输出阻抗不匹配给滤波特性带来的影响。
图1 滤波器设计等效电路表1 几种滤波器模型及传递函数1.2 EMI滤波器等效电路传导型EMI噪声包含共模（CM）噪声和差模(DM)噪声两种。
共模噪声存在于所有交流相线(L、N)和共模地(E)之间，其产生来源被认为是两电气回路之间绝缘泄漏电流以及电磁场耦合等；差模噪声存在于交流相线(L、N)之间，产生来源是脉动电流，开关器件的振铃电流以及二极管的反向恢复特性。
开关电源ＥＭＩ滤波器的正确选择与使用（连载二）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EMI滤波器原理和设计研究开关电源EMI滤波器是用来减少开关电源产生的电磁干扰(EMI)的一种装置。
EMI是指开关电源工作时产生的高频干扰信号，可能会对其他电子设备、无线通信和无线电接收产生干扰，影响它们的正常工作。
EMI滤波器通过合理设计，能有效地抑制开关电源产生的EMI信号，从而减少对其他设备的干扰。
EMI滤波器的原理是基于电流和电压的相位关系来实现的。
开关电源在工作时会产生高频电流脉冲，而这些电流脉冲会通过开关电源输入端的电容等元件，从而形成高频电流回路。
EMI滤波器通过给开关电源输入端加上一个电感元件，阻断高频电流回路的形成，从而减小EMI信号的辐射。
设计EMI滤波器时需要考虑以下几个因素：1.工作频率范围：EMI滤波器需要在开关电源产生EMI信号的频率范围内有效工作。
根据具体的应用环境和要求，选择合适的滤波器工作频率范围。
2.滤波特性：滤波器需要具有良好的滤波特性，对于较高频率的EMI信号能够有较好的抑制效果。
常用的滤波器类型有低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3.过渡区域：滤波器在过渡区域需要平衡阻抗和频率之间的变化。
过渡区域越宽，滤波器的性能越好。
过渡区域的宽度需要根据具体要求进行设计。
4.安全和可靠性：EMI滤波器需要满足安全和可靠性的要求。
在设计过程中，需要考虑电源参数范围、电流和电压的安全范围等因素，以确保滤波器的稳定性和可靠性。
设计EMI滤波器的方法有多种，可以根据需求选择不同的设计方法。
常见的方法包括线性滤波器设计、Pi型滤波器设计和C型滤波器设计等。
其中，Pi型滤波器是应用最广泛的一种，它由两个电感和一个电容组成，能够对高频信号进行抑制。
总之，开关电源EMI滤波器的原理和设计研究是为了降低开关电源产生的电磁干扰，保证其他设备的正常工作。
通过合理的滤波器设计和选择合适的滤波器类型，可以有效地减少EMI信号对其他设备的干扰，提高系统的抗干扰性能。
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。
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
用自谐振频率较高的陶瓷电容。
由于接地，共模电容Cy上会产生漏电流Ii-d。
因为漏电流会对人体安全造成伤害，所以漏电流应尽量小，通常<1．0 mA。
共模电容取值与漏电流大小有关，所以不宜过大，取值范围一般为2200～4700 pF。
R为Cx的泄放电阻。
电源滤波器的性能很大程度上取决于其端阻抗，根据信号传输理论，滤波器输入端与电源端的端接、滤波器输出端与负载端的端接应遵循阻抗极大不匹配原则。
因此，滤波器设计时应遵循：(1)源内阻是高阻(低阻)的，滤波器输入阻抗就应该是低阻(高阻)；(2)负载是高阻(低阻)的，则滤波器输出阻抗就应该是低阻(高阻)。
对EMI信号来说，电感是高阻，电容是低阻，则有图1中的4种滤波器选用类型。
电源滤波器一般用来抑制30 MHz以下频率范围的噪音，但对30 MHz以上的辐射发射干扰也有一定的抑制作用。
根据开关电源共模、差模干扰的特点。
可以按干扰的分布大概划分为3个频段：0.15～0．5 MHz差模干扰为主；0．5～5 MHz差模、共模干扰共存；5～30 MHz共模干扰为主。
3 插入损耗
插入损耗是*价滤波器性能的主要指标，它是频率的函数。
插入损耗的定义为，没有滤波器接入时，从噪声源传输到负载的功率P1和接入滤波器后噪声源传输到负载的功率P2之比，用dB表示。
插入损耗越大，说明滤波器抑制干扰的能力越强。
滤波器接入前后的电路图，如图3(a)和图3(b)所示。
滤波器的插入损耗由式(1)表示。
4 三端电容器
在高频线路中，因为一般电容器的引线具有电感分量，所以影响了其高频特性。
而三端电容器在结构上可以做到与电容器串联的剩余电感分量很小，因此其插入损耗特性优于两端电容器，从而改善了电容器的高频特性。
三端电容器有引线式和片状式两种。
通常采用旁路电容抑制高频噪声。
实际的电容器不仅具有电容C，还有等效串联电阻ESR和等效串联电感ESL。
由于寄生电感的影响，对于一个实际的电容存在着自谐振频率。
在这个频率以上时，电容呈感性。
元件的寄生参数也会极大地影响滤波器的高频特性。
电容的寄生电感是主要的寄生参数，而对于电感来说，寄生电容是主要的寄生参数。
电容器用作旁路电容时，如图4(a)所示，两端电容器一端接地，另一端与信号线连接。
三端电容器一端接地，其余两端与电容器的一个电极相连并串联到信号线上，如图4(b)所示。
一般的两端电容器由于与其电路连接的引线电感或电极所产生的等效串联电感较大，所以自谐振点较低，旁通效应也随之降低。
采用三端电容器可有效改善此缺陷。
原因在于三端电容器中流入地的电流与信号线中电流方向正交，所以其寄生电感比两端电容降低约
50％，并且其中70％以上的寄生电感转移到信号线上。
因此提高了三端电容器的自谐振频率，也可以将它作为T形滤波器使用，更好地抑制高频噪声。
三端电容器的地线电感起着不良作用，作为旁路电容抑制高频噪声时，宜采用无引线的片式陶瓷电容器。
图5为两端电容器与三端电容器插入损耗的比较。
5 改进型结构
线路旁通电容Cy是用来消除高频噪声的组件，基于对今后开关操作频率的高频化考虑，宜选用能消除频率高达1000MHz噪声的电容器。
而一般的两端结构的旁通电容器仅能消除30MHz左右的噪声。
由以上介绍可知，相对两端电容器来说，三端电容器能更好地抑制高频噪声。
以EMI滤波器的一般结构为基础，用三端电容器替代其中的两端旁通电容Cy，电路图，如图6所示。
其中ESL为三端电容器信号线上的等效串联电感。
6 PSpice仿真
(1)使用三端电容的电路的插损与以往电路插损的比较。
取差模电容Cx为0．1μF，共模电容Cy为2200pF，共模电感L取8mH。
三端电容的等效串联电感ESL取0．36nH。
在50 Ω／50 ΩQ系统中分别对一般结构的EMI滤波器和使用了三端电容器的EMI滤波器的插入损耗进行PSpice 仿真。
如图7所示，EMI滤波器在使用三端电容时，谐振点之后的插损效果明显好于在滤波器中使用两端电容的插损。
提高了滤波器在高频段的性能。
(2)不同Cy值，固定ESL。
在使用三端电容的滤波器电路中，输入阻抗和输出阻抗都取50时，分别取共模电容Cy为4700pF，3300pF和2200pF，其他参数不变，观察共模电容
Cy变化时对插入损耗的影响。
通过图8的仿真结果看出，随着共模电容的增大，在高频段插入损耗有所提高，并且滤波器谐振点降低；而在低频段基本没有变化。
因此可以通过选择较大的共模电容来提高滤波器高频段的插入损耗。
由于共模电容需要接地，有漏电流，Iid的存在，对人身安全存在威胁。
而共模电容越大，漏电流越大，所以选择共模电容时需要在漏电流满足安全条件的情况下取值。
(3)固定Cy值，不同ESL。
考察三端电容器与信号线串联的等效串联电感ESL对插入损耗的影响。
取共模电容Cy为3 300 pF，取ESL分别为0．03 nH，0．36 nH和0．72 nH，其他参数值不变。
从图9的仿真结果可以看出，随着ESL降低，谐振点提高，谐振点之后的插入损耗下降。
7 结束语
在一般性能EMI滤波器的基础上，使用三端电容器作为共模电容对原滤波器加以改进，仿真结果表明，在高频段有较好的插损效果。
由于实际使用时设备的阻抗大小以及在高频时元件的寄生效应均会对EMI滤波器的插损产生影响，因此还需根据实际情况对滤波器进行具体优化设计。
(电子科技作者：曹丽萍，张勋，陈晨，刘韬)。
