开关电源EMI滤波器典型电路

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滤波器的设计_王金霞煤矿电气开关电源EMI滤波器的设计王金霞1,杨庆江1,王金凤2(11黑龙江科技学院电信学院,哈尔滨150027; 21太平洋线路板公司,辽宁大连116001)摘要:文章首先分析了开关电源电磁干扰问题产生的原因及种类,建立开关电源EMI滤波器的共模和差模等效模型以分析噪声的传播方式,结合滤波器所需对应的开关电源工作频率为基础来设计滤波器,无需复杂的计算,对不同工作频率的开关电源有较强的针对性。

最后通过实例验证了此设计方法的可行性。

关键词:滤波器;开关电源;噪声;仿真;电磁干扰中图分类号:TN713 文献标识码:A 文章编号:1008 -8725(2009)05 -0033 -03Designing EMI Filter and SimulationWANG Jin-xia1, YANG Qing-jiang1, WANG Jin-feng2(1.College of Electric and Information, Heilongjiang Institute of Science and T echnology, Harbin 150027, China; 2.Pacific CircuitCompany,Dalian 116001, China)Abstract:In this paper first of all the category and causes of the switching mode power supp ly EMI are ana-lyzed.Second build the equivalentmodels for common mode and di fferential mode of switching power supplyEMI fi lter, this procedure is based on the analysis of noise and the frequency ofSMPS. This procedure needsno complex computing and fits SMPS with certain frequency well. Lastly, the feasibility of this design methodis verified by simulation.Key words:filter; SMPS; noise; simulation; EMI0 前言开关电源的特点是频率高、效率高、功率密度高和可靠性高。

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。

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。

电磁干扰（EMI）滤波器电路1、功能定义所谓电磁干扰（EMI），是因电磁波造成设备、传输通道或系统性能降低的一种电磁现象。

EMI以辐射和传导两种方式传播。

辐射方式：能量通过磁场或电场耦合，或以干扰源与受扰设备间的电磁波形式传播。

传导方式：能量通过电源线、数据线、公共地线等而产生或接收。

传导干扰有差模（DM对称模式）和共模（CM非对称模式）两种类型。

目前抑制EMI的技术措施有屏蔽、接地（浮地、单点接地和接地网）与滤波。

我这里所说的即为滤波电路，它主要用于高频开关电源和电子镇流器的输入回路及电源的输出回路中中。

该电路用于滤除电源的输入和输出的噪声（150kHz～30MHz），消减对直流稳压电源的传导干扰。

2、适用范围A、CISPR标准（电机、家用电器、照明设备等射频干扰设备）B、VDE0871标准（有目的的高频波发生器的电磁兼容标准）C、FCC标准（工业、科学、医疗设备的电磁兼容标准）D、VCCI标准（在工业和商业区使用的家用电器及其类似装置）3、设计规范3.1 电路原理图及其描述该电路主要对输入进行滤波，削弱对稳压电源或电子镇流器的输入的传导干扰。

其中，C1、C2和C4、C5及Lc用于滤除共模噪声，C3和C6用于滤除差模噪声。

输出端一般接一电解电容，负载电流大时还需接高频电容，用于消除负载端对输入的噪声干扰。

C1＝C2、C4＝C5、C3＝C6，Lc=(7~30)mH、磁材使用铁氧体材料。

EMI滤波器有C型（纯电容）、L型（一个电感和一个电容）、T型（两只电感和一个电容）、π型（一个电感和两只电容）、双π型（对称绕在同一磁芯上的两个电感和两只电容）等。

上图中电路为最常用的电路（至少对我来说，呵呵~~。