EMI滤波器电路原理及设计
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EMI 滤 波 器 原 理 与 设 计 方 法 详 解输入端差模电感的选择输入端差模电感的选择::1. 差模choke 置于L 线或N 线上,同时与XCAP 共同作用F=1 / (2*π* L*C)2. 波器振荡频率要低于电源供给器的工作频率,一般要低于10kHz 。
3. L = N2AL (nH/N2)nH4. N = [L (nH )/AL(nH/N2)]1/2匝5. AL = L (nH )/ N2nH/N26. W =(NI )2AL / 2000µJ输入端共模电感的选择输入端共模电感的选择::共模电感为EMI 防制零件,主要影响Conduction 的中、低频段,设计时必须同时考虑EMI 特性及温升,以同样尺寸的Common Choke 而言,线圈数愈多(相对的线径愈细),EMI 防制效果愈好,但温升可能较高。
传导干扰频率范围为0.15~30MHz ,电场辐射干扰频率范围为30~100MHz 。
开关电源所产生的干扰以共模干扰为主。
产生辐射干扰的主要元器件除了开关管和高频整流二极管还有脉冲变压器及滤波电感等。
注意:1. 避免电流过大而造成饱和。
2.Choke 温度系数要小,对高频阻抗要大。
3.感应电感要大,分布电容要小。
4.直流电阻要小。
B = L * I / (N * A) (B shall be less than 0.3)L = Choke inductance. I = Maximum current through choke. N = Number of turns on choke.A = Effective area of choke. (for drum core, can approximate with cross section area of center pole.)假设在50KHZ 有24DB 的衰减则,共模截止频率Fc = Fs*10Att/4 0 = 50*10-24/40=12.6KHZ 电感值L= (RL*0.707)/(∏*Fc) = (500.707)/(3.14*12.6) = 893uH使用磁芯和磁棒作滤波电感时应注意自身的阻抗,对于共模电感不能使用低阻抗的磁芯和磁棒,否则会造成炸机现象。
EMI 滤波器原理插入损耗,共模干扰,差模干扰在测试传导干扰时候,应用的频段为 150KHz~ 30MHz ,当电子设备干扰 噪声频率小于30MHz 时,主要干扰音频频段,电子设备的电源线对于这类波长的 电磁波来说,一般还不足一个波的波长(30MHz 波长为10米),向空中辐射效率 很低。
噪声主要是通过导线传播,若能测得电源线上感应的噪声电压,就能衡量 这一频段的电磁噪声干扰程度,这类噪声也就是传导噪声,在测试传导干扰时候, 应用的频段为150KHz~ 30MHz 。
传导噪声由差模噪声和共模噪声构成。
差模噪声存在于相线 L 和中线N 之 间(也可视为存在于L 与地线(PE ), N 与地线(PE )之间,大小相等,相位差 180° );共模干扰噪声存在于L 与PE ,N 与PE 之间,大小相等,相位相同。
1插入损耗为了更好的设计滤波器,我们应用插入损耗这个概念,其定义为在未加入和 加入滤波器干扰源对负载的电压的比,然后取对数,定义如下图:信号<b)图1、插入损耗定义图当未接EMI 滤波器时,接收机测得信号源的输出电压为 曰,将EMI 滤波器 接入之后,接收机测得的信号电压为 E 2,如果信号源的输出阻抗等于接收机的 输入阻抗,例如都是50 Q,则EMI 滤波器的插入损耗为:各种滤波器的插入损耗如下图:图2 :波器的阶数与插入损耗的关系I L =20lg'Ei匹fe10fc lOOfc lOODfc由上图可以看出,随着滤波器阶数的上升,其插入损耗也跟着增加,实际上, 每增加一阶,插入损耗相应会增加 6 dB/倍频2、共模噪声( common mode interference)A、电路等效:功率噪声是电源中影响最大的一种噪声,其等效图如下:图加共模干扰等救电路討其等效电路为一个有并联电容C P和并联电阻R P的电流源,呈高阻抗容性。
在反激电源中,如图4,当开关管V i由导通变为截止时,其集电极电压升高,向开关管与散热器的分布电容(可达几千pF)C P1充电,形成共模电流(I cml+|cm2),在LISN中被检测出来。
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。
EMI滤波器的设计原理随着电子设备、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1.11 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,电磁干扰滤波器应对串模、共模干扰都起到抑制作用。
1.2 基本电路及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。
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-O ff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。
三相电机emi滤波EMI滤波是一种用于消除电子设备中的电磁干扰(EMI)的技术。
在三相电机系统中,EMI滤波器起到了重要的作用。
本文将详细介绍三相电机EMI滤波的原理、设计和应用。
一、原理EMI滤波器的基本原理是利用电容器和电感器来滤除电磁干扰信号。
在三相电机系统中,EMI滤波器通常安装在电机的电源线上。
当电机运行时,会产生许多高频噪声信号,这些信号会通过电源线传播到其他设备中,导致电磁干扰。
EMI滤波器通过在电源线上串联电感器和并联电容器的方式,形成一个低通滤波器,可以滤除这些高频噪声信号,从而减少电磁干扰。
二、设计设计一个合理的三相电机EMI滤波器需要考虑多个因素。
首先,需要确定滤波器的截止频率。
截止频率决定了滤波器对高频噪声信号的滤除能力。
其次,需要选择适当的电感器和电容器参数。
电感器的选取要考虑电流和阻抗的要求,电容器的选取要考虑电压和容值的要求。
最后,需要合理布局滤波器的电路板,以减少电磁干扰。
三、应用三相电机EMI滤波器广泛应用于各种电子设备中。
在工业控制系统中,三相电机是常见的驱动设备,其高频噪声信号容易对其他设备产生干扰。
通过在电机的电源线上安装EMI滤波器,可以有效地减少电磁干扰,提高整个系统的稳定性和可靠性。
此外,在电力变频器、UPS电源、电力传输设备等领域,三相电机EMI滤波器也得到了广泛应用。
三相电机EMI滤波器是一种重要的电磁兼容技术,可以有效地减少电磁干扰,提高电子设备的性能和可靠性。
在设计和应用过程中,需要合理选择滤波器的参数,并注意电路的布局,以确保滤波器的有效性。
三相电机EMI滤波器的发展将进一步推动工业控制和电力传输等领域的发展。
一阶emi滤波和二阶emi滤波一阶EMI滤波和二阶EMI滤波EMI(Electromagnetic Interference)滤波器是电子设备中常用的一种电路元件,用于抑制电磁干扰信号,保证电子设备的正常工作。
其中,一阶EMI滤波和二阶EMI滤波是两种常见的滤波器类型。
本文将详细介绍一阶EMI滤波和二阶EMI滤波的原理和应用。
一、一阶EMI滤波器一阶EMI滤波器是最简单的EMI滤波器之一。
它由一个电感和一个电容组成,通常被称为LC滤波器。
其原理是利用电感的阻抗变化和电容的阻抗变化,来抑制高频电磁干扰信号。
具体而言,当高频信号通过电感时,电感的阻抗会随着频率的增加而增加,从而形成一个高频阻抗。
而当高频信号通过电容时,电容的阻抗会随着频率的增加而减小,形成一个低频阻抗。
这样,通过电感和电容串联连接后,高频信号会被阻断,而低频信号则会通过,从而实现滤波的效果。
一阶EMI滤波器常见的应用场景是在电源线路上。
由于电源线路中常常存在较高的高频噪声干扰,因此在电源线路输入端添加一阶EMI滤波器,可以有效地滤除这些高频噪声,保证电子设备的正常工作。
此外,一阶EMI滤波器也可以用于音频信号的滤波,以提高音频设备的音质。
二、二阶EMI滤波器二阶EMI滤波器相较于一阶EMI滤波器,具有更好的滤波效果。
它由两个电感和两个电容组成,通常被称为LC-LC滤波器。
二阶EMI 滤波器的原理是在一阶滤波器的基础上,通过增加一个电感和一个电容,来进一步增强滤波效果。
二阶EMI滤波器的工作原理与一阶滤波器类似,但由于增加了一个电感和一个电容,其滤波效果更好。
通过适当选择电感和电容的数值,可以实现对特定频率范围内的干扰信号的滤除。
二阶EMI滤波器常被用于对频率较高的EMI信号进行滤波,如无线通信设备、雷达设备等。
除了LC-LC滤波器外,二阶EMI滤波器还可以采用其他电路结构,如LC-RC滤波器和LC-RL滤波器。
根据不同的滤波需求,可以选择合适的二阶EMI滤波器结构。
三相emi滤波电路参数设计(实用版)目录1.三相 EMI 滤波电路的概述2.三相 EMI 滤波电路的设计参数3.参数设计时的注意事项4.应用场景正文一、三相 EMI 滤波电路的概述三相 EMI 滤波电路,是一种用于抑制和减少电磁干扰(EMI)的电路。
EMI 滤波器主要作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰,同时也起到减少开关电源本身对外界的电磁干扰。
它可以利用电感和电容的特性,使频率为 50Hz 左右的交流电可以顺利通过滤波器,但高于 50Hz 以上的高频干扰杂波被滤波器滤除。
因此,它又有另外一种名称,将 EMI 滤波器称为低通滤波器。
二、三相 EMI 滤波电路的设计参数在设计三相 EMI 滤波电路时,主要需要考虑以下参数:1.电流:根据电路的额定电流选择合适的电感值。
通常情况下,三相滤波器的额定电流为 3A 至 1600A。
2.电感值:电感值的选择需要考虑电路的频率响应和滤波效果。
一般来说,电感值越大,滤波效果越好,但同时会增大电路的体积和成本。
3.电容值:电容值的选择需要考虑电路的频率响应和滤波效果。
通常情况下,电容值越大,滤波效果越好,但同时会增大电路的体积和成本。
4.滤波器的阻抗:滤波器的阻抗需要与电路的阻抗相匹配,以保证滤波器能够有效地工作。
三、参数设计时的注意事项在设计三相 EMI 滤波电路时,需要注意以下几点:1.电感和电容的选择需要综合考虑电路的滤波效果、体积、成本等因素。
2.滤波器的阻抗需要与电路的阻抗相匹配,以保证滤波器能够有效地工作。
3.在设计过程中,需要考虑电路的可靠性和稳定性,以保证电路在长时间运行过程中不会出现故障。
4.在选择电感和电容的材质时,需要考虑其对电磁干扰的抑制能力以及其本身的稳定性。
四、应用场景三相 EMI 滤波电路广泛应用于各种电子设备中,如计算机机房、开关电源、测控系统等领域。
EMI电源滤波器的设计EMI电源滤波器通常由三部分组成:差模滤波部分、共模滤波部分和终端滤波部分。
差模滤波器主要用于滤除差模模式的干扰信号,共模滤波器主要用于滤除共模模式的干扰信号,而终端滤波器用于进一步滤除残余的高频干扰信号。
在设计EMI电源滤波器时,首先需要确定所需的滤波频率范围以及所能容忍的最大干扰水平。
然后,选择合适的滤波器拓扑结构和元件。
常用的拓扑结构包括RC滤波器、LC滤波器、Pi型滤波器、T型滤波器等。
具体的设计步骤如下:1.确定滤波频率范围:根据应用需求和电磁兼容性(EMC)标准要求,确定滤波器应该滤除的频率范围。
2.选择滤波器拓扑结构:根据滤波频率范围选择合适的滤波器拓扑结构。
RC滤波器适用于低频滤波,LC滤波器适用于高频滤波,Pi型滤波器和T型滤波器适用于中频滤波。
3.计算元件数值:根据滤波器的拓扑结构和所需的滤波频率范围,计算出所需的电阻、电容和电感元件的数值。
这些元件的数值可以通过经验公式或者电路仿真工具进行计算。
4.选取合适的元件:根据计算的元件数值,选取合适的电阻、电容和电感元件。
在选取电感元件时,需要考虑元件的电流和电压容量,以保证滤波器的可靠性和稳定性。
5.组装滤波器电路:根据设计的滤波器电路图,组装电阻、电容和电感元件。
在组装过程中,需要确保元件的良好焊接和连接,以避免电流或电压泄漏。
6.测试和优化:组装完成后,对滤波器进行测试和优化。
通过使用示波器或者频谱分析仪等测试设备,可以检测滤波器的滤波效果和性能,并进行必要的优化调整。
总结起来,EMI电源滤波器的设计需要经过确定滤波频率范围、选择滤波器拓扑结构、计算元件数值、选取合适的元件、组装滤波器电路和测试优化等步骤。
通过合理的设计和优化,可以有效降低电源中的电磁干扰,提高电子设备的可靠性和稳定性。
emi滤波器的工作原理emi滤波器是一种常用的电子滤波器,用于去除电磁干扰信号,保证电子设备的正常工作。
它的工作原理是利用电容和电感的特性,将电磁干扰信号滤除,只传递所需信号。
我们先了解一下什么是EMI。
EMI是指电磁干扰,是指电子设备之间或电子设备与环境之间因电磁波传播而产生的相互干扰现象。
当电子设备工作时,会产生一定的电磁辐射,这些辐射会干扰其他设备的正常工作,甚至影响到无线电通信等重要领域。
所以,在电子设备设计中,需要使用EMI滤波器来抑制这种干扰。
EMI滤波器主要由电容和电感组成。
电容是一种储存电能的元件,它的特性是可以通过电流的变化来改变电压的大小。
而电感则是一种储存磁能的元件,它的特性是可以通过电流变化来改变磁场的大小。
利用电容和电感的这些特性,EMI滤波器可以实现对不同频率的信号的滤除。
具体来说,EMI滤波器可以分为两种类型:低通滤波器和高通滤波器。
低通滤波器主要用于滤除高频信号。
它的工作原理是将高频信号通过电容的特性,使其流过电容而被滤除。
在低通滤波器中,电容的阻抗随着频率的增加而减小,从而使高频信号流过电容,达到滤除的效果。
这样,只有低频信号能够通过低通滤波器,达到了滤波的目的。
高通滤波器则主要用于滤除低频信号。
它的工作原理与低通滤波器相反,通过电感的特性来实现滤波。
在高通滤波器中,电感的阻抗随着频率的增加而增大,从而使低频信号流过电感而被滤除。
这样,只有高频信号能够通过高通滤波器,达到了滤波的效果。
除了低通滤波器和高通滤波器,还有带通滤波器和带阻滤波器等其他类型的EMI滤波器。
带通滤波器可以选择性地传递一定范围内的频率信号,而滤除其他频率的信号。
带阻滤波器则相反,可以选择性地滤除一定范围内的频率信号。
EMI滤波器的工作原理并不复杂,但它在电子设备的设计中起着至关重要的作用。
通过合理选择和配置EMI滤波器,可以有效抑制电磁干扰信号,确保电子设备的正常工作。
同时,EMI滤波器的设计也需要考虑到电容和电感的参数选择、布局和连接方式等因素,以确保滤波效果的最大化。
emi滤波器原理EMI滤波器原理。
EMI滤波器是一种用于抑制电磁干扰(EMI)的电子器件,它在电子设备中起着重要的作用。
在现代电子设备中,由于电路复杂性增加和电磁环境恶化,电磁兼容性(EMC)问题日益凸显,因此EMI滤波器的应用变得越来越重要。
本文将介绍EMI滤波器的原理及其在电子设备中的应用。
首先,我们来了解一下EMI滤波器的工作原理。
EMI滤波器主要通过电容、电感和阻抗来实现对电磁干扰的抑制。
在电路中,电容和电感分别具有对高频和低频信号的阻抗特性,因此可以通过合理的电路设计来实现对特定频率范围内的电磁干扰的滤波作用。
此外,EMI滤波器还可以通过在电路中引入阻抗来吸收和衰减电磁干扰信号,从而保护电子设备的正常工作。
在实际的电子设备中,EMI滤波器通常被应用在电源输入端和信号输入端。
在电源输入端,EMI滤波器可以有效地滤除来自电源线路的高频电磁干扰,保证电子设备的稳定工作;在信号输入端,EMI滤波器可以滤除来自外部信号线路的干扰,保证信号的准确传输和处理。
此外,对于一些对电磁兼容性要求较高的电子设备,还可以在输出端引入EMI滤波器,以进一步提高设备的抗干扰能力。
除了在电源和信号输入端的应用外,EMI滤波器还可以根据具体的电磁环境和设备要求,进行定制化的设计和应用。
例如,在一些对电磁兼容性要求非常严格的设备中,可能需要采用多级、多通道的EMI滤波器来实现更高级别的电磁干扰抑制;而在一些对EMI滤波器体积和成本要求较高的设备中,可能需要采用集成化、小型化的EMI滤波器来实现更紧凑的电路设计。
总的来说,EMI滤波器作为一种重要的电子器件,在现代电子设备中发挥着重要的作用。
通过对电磁干扰的抑制,EMI滤波器可以保证电子设备的正常工作,同时也可以提高设备的电磁兼容性,满足相关的法规标准和用户要求。
因此,在电子设备设计和应用中,合理选择和应用EMI滤波器是非常重要的,它不仅关系到设备的性能和可靠性,也关系到设备的市场竞争力和用户满意度。
议开关电源EMI滤波器的原理与设计【摘要】很多控制电磁干扰(emi)的实验证明,emi滤波器能有效地抑制电子设备电源线上存在的传导干扰信号电平,并能减小设备的电场辐射千扰信号电平。
若电子设备正确地安装上合适的emi 滤波器,它既能大大衰减电子设备产生的经电源线溢出的emi信号,又能十分有效地抑制经电源线传往电子设备的各类emi信号。
基于此,本文对开关电源emi滤波器的原理与设计进行了研究。
【关键词】开关电源emi滤波器原理设计中图分类号: tm643 文献标识码: a 文章编号:开关电源的特点是频率高、效率高、功率密度高和可靠性高。
然而由于其开关器件工作在高频通断状态,使得电磁干扰非常严重。
防电磁干扰主要有三项措施,即屏蔽、滤波和接地。
往往单纯采用屏蔽不能提供完整的电磁干扰防护,唯一的措施就是增加滤波器,来切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径,与屏蔽共同构成完美的电磁干扰防护。
开关电源emi滤波器的原理1、开关电源的电磁干扰源(1)开关管产生干扰。
开关管导通时由于开通时间很短及回路中存在引线电感,将产生较大的du/dt和较高的尖峰电压。
开关管关断时间很短,也将产生较大的di/dt和较高的尖峰电流,其频带较宽而且谐波丰富,通过开关管的输入输出线传播出去形成传导干扰;(2)整流二极管反向恢复电流引起的噪声干扰由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用,二极管导通角变小,输入电流成为一个时间很短,而峰值很高的尖峰电流,含有丰富的谐波分量,对其他器件产生干扰。
二级滤波二极管由导通到关断时存在一个反向恢复时间。
因而,在反向恢复过程中由于二极管封装电感及引线电感的存在,将产生一个反向电压尖峰,同时产生反向恢复尖峰电流,形成干扰源;高频变压器引起emi问题隔离变压器初、次级之间存在寄生电容,这样高频干扰信号很容易通过寄生电容耦合到次级电路,同时由于绕制工艺问题在初、次级出现漏感将产生电磁辐射干扰。
另外,功率变压器电感线圈中流过脉冲电流而产生电磁辐射,而且在负载切换时会形成电压尖峰;2、干扰信号频段分析当开关电源的谐波电平在高频段(频率范围30mhz以上)时,表现为辐射干扰,而当开关电源的谐波电平在低频段(频率范围0.15 mhz~30 mhz)表现为传导干扰。
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-O ff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。
(4)PCB
准确的说,PCB是上述干扰源的耦合通道,PCB的优劣,直接对应着对上述EMI源抑制的好坏。
2.开关电源EMI传输通道分类
(一)。
传导干扰的传输通道
(1)容性耦合
(2)感性耦合
(3)电阻耦合
a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合
b.公共地线阻抗产生的电阻传导耦合
c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合
(二)。
辐射干扰的传输通道
(1)在开关电源中,能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线,从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析;二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子,电感线圈可以假设为磁偶极子;
(2)没有屏蔽体时,电偶极子、磁偶极子,产生的电磁波传输通道为空气(可以假设为自由空间);
(3)有屏蔽体时,考虑屏蔽体的缝隙和孔洞,按照泄漏场的数学模型进行分析处理。
3.开关电源EMI抑制的9大措施
在开关电源中,电压和电流的突变,即高dv/dt和di/dt,是其EMI产生的主要原因。
实现开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点:
(1)尽量减小电源本身所产生的干扰源,利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路,并进行合理布局;
(2)通过接地、滤波、屏蔽等技术抑制电源的EMI以及提高电源的EMS。
分开来讲,9大措施分别是:
(1)减小dv/dt和di/dt(降低其峰值、减缓其斜率)
(2)压敏电阻的合理应用,以降低浪涌电压
(3)阻尼网络抑制过冲
(4)采用软恢复特性的二极管,以降低高频段EMI
(5)有源功率因数校正,以及其他谐波校正技术
(6)采用合理设计的电源线滤波器
(7)合理的接地处理
(8)有效的屏蔽措施
(9)合理的PCB设计
4.高频变压器漏感的控制
高频变压器的漏感是功率开关管关断尖峰电压产生的重要原因之一,因此,控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题。
减小高频变压器漏感两个切入点:电气设计、工艺设计!
(1)选择合适磁芯,降低漏感。
漏感与原边匝数平方成正比,减小匝数会显著降低漏感。
(漏感就是将所有次级绕组和所有辅助绕组短路,测的得原边电感值。
)
(2)减小绕组间的绝缘层。
现在有一种称之为“黄金薄膜”的绝缘层,厚度20~100um,脉冲击穿电压可达几千伏。
(3)增加绕组间耦合度,减小漏感。
(层叠绕制、混合绕制这个问题可以询问变压器制造商)
5.高频变压器的屏蔽
为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰,可采用屏蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。
屏蔽带一般由铜箔制作,绕在变压器外部一周,并进行接地,屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环,从而抑制漏磁场更大范围的泄漏。
高频变压器,磁心之间和绕组之间会发生相对位移,从而导致高频变压器在工作中产生噪声(啸叫、振动)。
为防止该噪声,需要对变压器采取加固措施:
(1)用环氧树脂将磁心(例如EE、EI磁心)的三个接触面进行粘接,抑制相对位移的产生;
(2)用“玻璃珠”(Glass beads)胶合剂粘结磁心,效果更好。
EMI 滤波器对于干扰噪声的抑制能力用插入损耗IL(Insertion Loss)来衡量。
定义: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 (分贝)表示。
常见的EMI 电路结构
L1
L1
L2
L2
CX1
CX2
CY1
CY2
CX3
AC_L
AC_N
R
图 1
L1
L1
CX1
CX2
AC_L
AC_N
R
电容、电感的选取原则
一般的EMI 滤波器中有两组电容,即跨接在电源线之间起差模抑制作用的X 电容和接在电源线和地之间起共模抑制作用的Y 电容。
对于X 电容其额定电压应和电网电压相当,其容量可以选的大一些,典型值~1uF 。
对于Y 电容取值允许的情况下越大越好,但如果Y 电容时效会导致人员电击,所以对其最大漏电电流Ig 有限制,Ig 的大小由产品规定,一般为~8mA 。
Y 电容的最大容量可用公式计算
(Nf)
Um 电网电压 V
Fm 电网频率 Hz Ig 漏电电流 Ma
另外,为了获得较好的高频特性、降低高频等效串联电阻和等效串联电感,X 电容和Y 电容通常都是通过几个较小的电容并联来满足其容量要求。
L1
L1
CX1
CY1
CY2
AC_L
AC_N
CY4
CY3
L 1L 1
CX1CX2CY1
CY2
A C_L
A C_N
对于滤波器中的共模或差模扼流圈一般情况下要自己动手设计。
电感的取值和材料的选取原则:1、磁芯材料的频率范围要宽,要保证最高频率在1GHz ,即在很宽的频率范围内有比较稳定的磁导率。
2、磁导率高,但实际中很难满足这一要求,所以。
磁导率往往分段考虑。
磁芯材料一般为铁氧体。
共模的在~5mH,差模的在10~50uH 。
设计实例一
电源系统频率在50kHz ,要求宽电压输入85V~265V ,其在截至频率时衰减到= 求算电感的值:
-24=40lg (Fc/Fosc ) 计算Fc=
()
mH mH F C L C 6.1556.121
2
≈=⨯⨯=
π mm I
D R 3.04
13.1≅⨯= 取漆包线的电流
密度4~6A /mm2
取I R =
(min)
(max )
2Vin PF Po ⨯⨯η=395mA
使用0.3mm 的线绕满工字形电感,容量>。