EMI电源滤波器插入损耗测试

EMI电源滤波器插入损耗的测量方法EMI滤波器尚没有产品类国标,只是企业标准,EMI电源滤波器的主要性能指标一般包括插入损耗、频率特性、阻抗匹配、额定的电流值、绝缘电阻值、漏电流、物理尺寸及重量、使用环境以及本身的可靠性;在使用时考虑最多的是额定的电压及电流值、插入损耗、漏电流三项;本文主要介绍EMI滤波器插入损耗的测量方法;EMI滤波器插入损耗测量方法是根据CISPR17 1981出版物提出的滤波器标准测量方法包括共模、差模、常模和Ω／100Ω阻抗测量方法;1. 共模插入损耗标准测量方法根据CISPR17 1981出版物B6提出的共模插入损耗标准测量方法Asymmetrical Measurement,如图所示;根据插入损耗的定义,先要测量没有滤波器时,负载50Ω上的电压V1作为0dB的参考电压;再测量有滤波器后,负载500上的电压V2,通过频谱分析仪将20logV1/V2随频率变化的结果显示在屏幕上或通过接口打印出来;测量时注意,滤波器的输入端和输出端是并联的,目的是取得共模插入损耗的平均值;因为滤波器的Cy电容量尽管标称值和误差等级一样,其实际值也不完全一样,电感尽管绕组匝数一样,但磁芯的磁导率误差和工艺上也很难实现在绕制和装配时完全对称,因此采用平均值才有意义;图共模插入损耗的典型测量方法2．差模插入损耗标准测量方法根据CISPR17 1981出版物B5提出的差模插入损耗标准测量方法Symmetrical Meausurement,如图所示;图差模插入损耗的典型测量方法由于频谱分析仪或标准信号发生器输出、输入均采用对地非对称结构的50Ω同轴电缆,为了测量对地对称的差模插入损耗,需对频谱分析仪跟踪发生器的输出信号滤波器的输入信号进行不对称-对称变换,对频谱分析仪输入信号滤波器的输出信号进行对称-不对称的逆变换,其他步骤同上;3．常模插入损耗标准测量方法根据CISPR17 1981出版物B7提出的不对称测量方法Unsymmetrical Measurement又称常模Normal Mode测量,如图所示;图常模插入损耗的测量方法与共模插入损耗测量电路相比,在N和地之间接入一个尚未被标准所批准的50Ω电阻;常模也是经常用来表示差模的一种方法,尽管理论分析常模除了有差模成分外,还含有共模成分;上述测量方法又称为50Ω／50Ω,系统测量方法,即源和负载阻抗均在50Ω匹配条件下测量;它也是目前许多滤波器制造商传统沿用的测量方法;用以上共、差模插入损耗测量方法时需注意：1由于测量仪器输出信号幅值在不同的频率有波动,所以没插入滤波器前的0dB校正,应该对所测频域的各主要频点逐点进行校对;具备条件的,可进行计算机编程进行自动校正;2被测滤波器外壳应该接地良好,否则MHz以上测得的插入损耗相差很大;3要确保滤波器输入,输出连接线之间有良好的隔离,以避免它们之间在高频段产生射频耦合,给高频段测量带来很大误差;4没有频谱分析仪,也可以用标准信号发生器和示波器来代替,但后者动态范围小,在高频段的测量误差较大;4. Ω,/100Ω阻抗测量方法根据CISPR出版物提出一种“近似”实际的测量方法;在实际情况中,由于源阻抗和负载阻抗不可能是恒定的50Ω,所以实际使用中的滤波器插入损耗特性,与用50Ω／50Ω系统测量获得的电源滤波器插入损耗特性不尽相同,甚至差别很大;CISPR出版物提出一种近似实际的测量方法,是Ω,/100Ω及100Ω,/Ω系统测量方法,如图所示;Ω,/100Ω及100Ω,/Ω系统测量方法这里,仅涉及l0kHz～30MHz范围内的插入损耗;以上是目前插入损耗的主要测量方法,可根据条件选择合适的测量方法;。

452020年第3期 安全与电磁兼容引言GB/T 7343-2017《无 源 EMC 滤 波 器 件 抑 制 特 性 的 测 量 方 法 》（ 以 下 简 称 “规 范 ”，等同采用 IEC/CISPR 17: 2011）[1]是国内外大多 EMI 滤波器制造商生产测试的指导文件。

然而，按规范的测量原理、定义和测试方法得到的数据，在各个厂商之间及各个滤波器用户之间往往不尽相同。

所以现行规范的测试方法不能精确地表示滤波器在其预定应用中产生的 EMI 插入损耗性能。

为了弥补现行规范的不足，本文提出利用共差模分离器来提高 EMI 滤波器插入损耗的测试精度，并通过实际测试加以验证。

另外，详细阐述了“对称差模测试”电路和“非对称测试”电路的区别。

1 无源 EMI 滤波器件的插入损耗[1]插入损耗测量是一种确定滤波器或抑制电路对射频骚扰抑制能力的标准化测量方法。

目前，在 EMI 滤波器的插入损耗电路中，主要运用的是四端测试网络 理论[2]。

图 1 为典型的滤波器电路，包含有线-线电容 Cx、线-地电容 Cy 和共模电感（由火线与零对称绕制线同一个磁芯而形成）。

线-线电容 Cx 和电感的互感，在滤波器的火线和零线之间产生很大的电磁耦合，就会产生与之相对应的共模、差模分量。

为了确保滤波器的正常工作和考虑到该情况，必须建立一个四端口插入损耗测量模型。

通用的电源 EMI 滤波器中，大都使用这个典型的基本电路结构。

本文采用四端口网络，分析滤波器插损测试规范中的三种电路，包括不对称（共模）测试电路、对称（差模）测试电路及非对称测试 电路。

1.1 不对称共模测试电路如图 2 所示，不对称（共模）测试电路是使用一个同相输出的 50Ω 0功率分配器电路，每个端口的输出阻抗为 50 Ω，测量分析对插入损耗的影响。

本文使用 mini 公司ZFSC 50 Ω 0功分器，见图 2，其典型性能数据见表 1。

EMI 滤波器插入损耗的精准测量方案及实验研究Precise Measurement Scheme and Experimental Research of EMI Filter Insertion Loss北京理工大学 区健昌 周阔 田元波摘要简要介绍了共模、差模及非对称的测试电路，但都无法精准测量 EMI 滤波器的插入损耗。

EMI电源滤波器插入损耗的测量方法EMI滤波器尚没有产品类国标，只是企业标准，EMI电源滤波器的主要性能指标一般包括插入损耗、频率特性、阻抗匹配、额定的电流值、绝缘电阻值、漏电流、物理尺寸及重量、使用环境以及本身的可靠性。

在使用时考虑最多的是额定的电压及电流值、插入损耗、漏电流三项。

本文主要介绍EMI滤波器插入损耗的测量方法。

EMI滤波器插入损耗测量方法是根据CISPR17(1981)出版物提出的滤波器标准测量方法包括共模、差模、常模和Q/ 100 Q阻抗测量方法。

1.共模插入损耗标准测量方法根据CISPR17(1981)出版物B6提出的共模插入损耗标准测量方法(Asymmetrical Measureme nt),如图所示。

根据插入损耗的定义，先要测量没有滤波器时，负载50Q上的电压V1作为OdB的参考电压。

再测量有滤波器后，负载500上的电压V2,通过频谱分析仪将20log(V1V2)随频率变化的结果显示在屏幕上或通过接口打印出来。

测量时注意，滤波器的输入端和输出端是并联的，目的是取得共模插入损耗的平均值。

因为滤波器的Cy电容量尽管标称值和误差等级一样，其实际值也不完全一样，电感尽管绕组匝数一样，但磁芯的磁导率误差和工艺上也很难实现在绕制和装配时完全对称，因此采用平均值才有意义。

图共模插入损耗的典型测量方法2 •差模插入损耗标准测量方法根据CISPR17( 198出版物B5提出的差模插入损耗标准测量方法(SymmetricalMeausurement ），如图 所示。

图差模插入损耗的典型测量方法由于频谱分析仪（或标准信号发生器）输出、输入均采用对地非对称结构的 50 Q 同轴 电缆，为了测量对地对称的差模插入损耗，需对频谱分析仪跟踪发生器的输出信 号（滤波器的输入信号）进行不对称-对称变换，对频谱分析仪输入信号（滤波 器的输出信号）进行对称-不对称的逆变换，其他步骤同上。

3 •常模插入损耗标准测量方法根据 CISPR17（1981）出版物 B7提出的不对称测量方法 （Un symmetrical Measurement ）又称常模（Normal Mode ）测量，如图所示。

电源EMI滤波器插入损耗的研究(图)
从抗电磁干扰角度来说，电源EMI滤波器实际是一个只允许直流和工频通过的低通滤波器，即从零频（直流）至截止频率（工频）的通带内以最小衰减通过电流（或电压）。

对电磁干扰的阻带，要求尽可能高的衰减，过渡带曲线尽可能陡（即过渡带尽可能窄）。

由于EMI滤波器衰减的定义与传统滤波器不同，所以，传统滤波器的各种传递函数表达式和现成的数据及图表均不能直接用于EMI滤波器的设计。

EMI滤波器的衰减用插入损耗来表示，本文将探讨电源EMI滤波器插入损耗的计算，以及影响插入损耗的各种原因和改进方法。

 EMI滤波器插入损耗的理论分析
 EMI滤波器插入损耗IL定义如下：
 IL=10log(P1/P2)=20log(U1/U2) (1)
 式中，P1和U1分别表示当EMI滤波器未插入前（图1（a）），从噪声源us传递到负载RL的功率和电压；P2和U2分别表示当EMI滤波器接入后（图1(b)），从噪声源传递到负载的功率和电压。

 图1 EMI滤波器接入前、后的电路
 理论分析EMI滤波器的IL时，把滤波器网络用A参数来表示：
(2)
 则可求得EMI滤波器的IL表达式为：
 IL=20log|(a11RL+a12+a21RSRL +a22RL)/(RS+RL)| (3)
 图2为高性能的EMI滤波器。

其中，E表示共模信号输入端。

图2中网络。

EMI滤波器的技术参数及测试方法(2008-04-25 12:04:06)标签：maikr杂谈2008-04-03EMI滤波器的技术参数及测试方法主要技术参数EMI滤波器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、漏电流、测试电压、绝缘电阻、直流电阻、使用温度范围、工作温升Tr、插入损耗AdB、外形尺寸、重量等。

上述参数中最重要的是插入损耗（亦称插入衰减），它是评价电磁干扰滤波器性能优劣的主要指标。

插入损耗（AdB）是频率的函数，用dB表示。

设电磁干扰滤波器插入前后传输到负载上的噪声功率分别为P1、P2,有公式：AdB=10lg(P1/P2) (1)假定负载阻抗在插入前后始终保持不变，则P1=V12/Z，P2=V2 2/Z。

式中V1是噪声源直接加到负载上的电压，V2是在噪声源与负载之间插入电磁干扰滤波器后负载上的噪声电压，且V2<AdB=20lg(V1/V2) (2)插入损耗用分贝（dB）表示，分贝值愈大，说明抑制噪声干扰的能力愈强。

鉴于理论计算比较烦琐且误差较大，通常是由生产厂家进行实际测量，根据噪声频谱逐点测出所对应的插入损耗，然后绘出典型的插入损耗曲线，提供给用户。

图5给出一条典型曲线。

由力疔见，该产品可将1MHz～30MHz的噪声电压衰减65dB。

计算EMI滤波器对地漏电流的公式为：ILD=2πfCVc （3）式中，ILD为漏电流，f是电网频率。

以图1为例，f=50Hz，C=C3+C4=4400pF，Vc是C3、C4上的压降，亦即输出端的对地电压，可取Vc≈220V/2=110V。

由（3）式不难算出，此时漏电流ILD=0.15mA。

C3和C4若选4700PF，则C=4700PF×2=9400pF，ILD=0.32mA。

显然，漏电流与C成正比。

对漏电流的要求是愈小愈好，这样安全性高，一般应为几百微安至几毫安。

在电子医疗设备中对漏电流的要求更为严格。

需要指出，额定电流还与环境温度TA有关。

电磁场与电磁兼容实验报告学号：姓名：院系：专业：教师：5月28日实验四 电源滤波器插入损耗仿真实验一、 实验目的通过对电源滤波器基本电路的仿真实验，掌握电源滤波器构成以及各器件的功能和作用，理解滤波器EMI 防护原理。

二、 实验原理和内容实验原理图：图 1电源滤波器电路图电源滤波器是一种多级差模和共模低通滤波器级联的应用实例，它可同时滤去差模和共模两种模式的高频噪声。

图1所示为电源滤波器的原理图。

L1和L2是差模电感扼流圈，电感量一般选取几十至几百毫亨，C1是差模滤波电容，一般选取0.047~0.22uF ，L3和L4是共模扼流圈，电感量约为几毫亨，绕在同一个铁氧体环上，C2和C3是共模滤波电容，电容量一般选取几纳法。

插入损耗计算公式：图2 共模扼流圈实验内容：使用EWB或Multisim等电路仿真软件，对电源滤波器进行仿真，通过改变器件参数、输入阻抗、输出阻抗等条件，观察插入损耗的变化，并对实验结果进行分析。

三、实验步骤1、设计电源滤波器电路根据图1的电路图，在仿真软件中建立仿真模型电路如下图2、图3分别为共模、差模插入阻抗测试电路。

图2 共模插入阻抗测试电路图3 共模插入阻抗测试电路2、仿真滤波器的频率响应针对共模电路和差模电路分别进行仿真，分析不同频率下的输出信号。

1）控制输入频率分别等于1kHz, 10kHz, 20kHz, 100kHz,观察示波器的输出波形。

2）改变L1 L2的参数、C2 C3的参数，观察频率响应曲线的变化。

3、仿真计算滤波器共模插入损耗4、仿真计算滤波器差模插入损耗四、实验数据和结果分析1、共模电路仿真结果1）函数发生器参数设置截图通过改变函数发生器的频率参数来调节频率。

选用变压器代替共模扼流圈，但是选用的变压器并不是理想变压器，因此更改其中一些参数如下：2）不同频率仿真结果：f=100Hz f=1kHz f=9kHzf=10kHz f=20kHz f=100kHz从仿真结果可以分析出，当输入频率在一定低频范围内增大时，输出并不出现衰减，反而随着频率的增大而增大；当输入频率达到很高的频率范围时，输出随着频率的增大而衰减。