单片机技术应用 开关电源EMI滤波器典型电路

图1开关电源EMI滤波器网络结构图2共模滤波网络结构3抑制开关电源EMI的滤波措施滤波是抑制干扰的一种有效措施，尤其是对开关电源EMI信号的传导干扰和辐射干扰。

任何电源线上传导干扰信号，均可示。

差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰。

在一小、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。

因此，欲控制在有关EMC标准规定的极限电平以下，最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤波器。

开关电源的100kHz。

EMC很多标准规定的传导干扰电平的极限值都是从10kHz算起。

对开关电源产生的高频段EMI信号，只要选择适当为简单的EMI滤波器，就可得到满意的效果。

3　1EMI滤波器的结构及工作原理图1为开关电源EMI滤波器的基本网络结构。

该滤波器是由集中参数元件构成的无源低通网络，其中L1和L2是绕在同一磁环上的2只独立线圈，称为共模电感线圈或共独立的差模抑制电感。

如果把该滤波器一端接入干扰源，负载端接被干扰设备，那么L1和Cy，L2和Cy就分别构成L—E和滤波器，用来抑制电源线上存在的共模EMI信号，使之受到衰减，被控制到很低的电平上。

共模滤波网络结构等效电路如图2所示，它由LCM和Cy组成。

图中右边是开关电源的共模噪声等效电路，并联电容Cp包括布电容及高频变压器初次级间的分布电容；Rp是电流源的并联电阻。

开关电源共模噪声等效电路的源内阻ZSMPS是高阻抗图1中，L1、L2两个线圈所绕匝数相同、绕向相反，使滤波器接入电路后，两只线圈内电流产生的磁通在磁环内相互抵消状态，从而使两只线圈的电感值保持不变。

但是，由于种种原因，如磁环的材料不可能做到绝对均匀，两个线圈的绕制L1和L2的电感量是不相等的，于是，（L1—L2）形成差模电感LDM，它和L3与L4形成的独立差模抑制电感与Cx电容器又组低通滤波器，用来抑制电源线上存在的差模EMI信号。

电源上的EMI滤波电路是什么？首先介绍一下开关电源的整体架构，你就会明白EMI滤波电路在整体电路里的作用。

EMI滤波电路就是图中滤波器和浪涌抑制器中的部分电路，它处于电源输入后的首个干扰处理电路，可以说是非常重要。

一个产品安规过不过得了，EMI滤波电路的性能好坏可是占了大头。

一、为什么要有EMI滤波电路呢？其实在开头介绍的时候已经简单提到过，就是要处理干扰。

电源的电磁干扰主要是电源噪声，电源噪声属于射频干扰（RFI）。

根据传播方向的不同，电源噪声分为：一类是外部通过电源线产生的对电子设备的干扰；另一类是电子设备经电源线传出去对外部造成的干扰。

这说明电源噪声属于双向干扰信号。

电子设备既是噪声干扰对象，又是一个噪声源。

根据形成特点的不同，电源噪声分为串模干扰和共模干扰。

串模干扰是指两条电源线（线对线）之间的噪声，共模干扰是指两条电源线对大地的噪声。

二、EMI滤波电路要求电源需要有EMI滤波电路对以上噪声进行处理，而此电路需要满足下列要求。

首先EMI滤波器必须满足电磁兼容性（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，另一方面要避免本身设备对外辐射噪声干扰影响其它电子产品。

此外应该具有对串模干扰和共模干扰的抑制能力。

三、EMI滤波电路构成EMI滤波器是由电容器和电感器等简单元件构成。

如下图所示，其电路包括共模扼流圈（也称共模电感）L1，滤波电容C1~C4，串模扼流圈L2（也称串模电感）。

L1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，对共模信号有很大的阻抗，使其不易通过。

而L2则对共模干扰起作用。

C1和C4采用薄膜电容器，容值范围大概在0.01~0.47uF,主要用来滤除串模干扰；C2和C3跨接在输出端，并将电容器的中点接大地，能有效抑制共模干扰，容值范围在2200pF~0.1uF，为减小漏电流，电容器不宜超过0.1uF,C1~C4的耐压值为DC630V 或AC250V。

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。

开关电源输入EMI滤波器设计与仿真摘要：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。

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、效率高等长处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，且自身旳高频信号也会引起大量旳噪声，会污染电网环境，干扰同一电网其她电子设备旳正常工作。

这样就对EMC提出了更高旳规定指标。

分类：开关电源中旳电磁干扰（EMI）重要有传导干扰和辐射干扰。

通过对旳旳屏蔽和接地系统设计可以得到有效旳控制，对于传导干扰来说，加装EMI滤波器，是一种比较经济有效旳措施，辐射干扰旳克制可以通过加装变压器屏蔽铜片。

EMI滤波器简介开关电源与交流电网相连，尽管开关电源是一种单端口网络，但具有相线（L），零线（N），地线（E）旳开关电源事实上形成了两个AC端口，因此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）之间旳干扰叫做差模干扰（属于对称性干扰），火线（L）与地线（E）之间旳干扰叫做共模干扰（非对称性干扰）。

在一般状况下，差模干扰幅度小、频率低、所导致旳干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所导致旳干扰较大。

开关电源旳EMI干扰源集中体目前功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源旳干扰重要来自电网旳抖动、雷击、外界辐射等。

1.开关电源旳EMI干扰源开关电源旳EMI干扰源集中体目前功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源旳干扰重要来自电网旳抖动、雷击、外界辐射等。

（1）功率开关管功率开关管工作在On-O ff迅速循环转换旳状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合旳重要干扰源，也是磁场耦合旳重要干扰源。

（2）高频变压器高频变压器旳EMI来源集中体目前漏感相应旳di/dt迅速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合旳重要干扰源。

（3）整流二极管整流二极管旳EMI来源集中体目前反向恢复特性上，反向恢复电流旳断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高 dv/dt，从而导致强电磁干扰。

EMI滤波器的设计原理分析随着电子设备、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。

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。

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~~。

开关电源原理一、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。

开关电源的电路组成方框图如下：二、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。

常用在开关电源中做EMI滤波器的安规电容1.安规电容的概念安规电容是指电容器失效后，不会导致电击，不危及人身安全的安全电容器。

安规电容通常只用于抗干扰电路中的滤波作用。

它们用在电源滤波器里，起到电源滤波作用，分别对共模，差模干扰起滤波作用。

出于安全考虑和EMC考虑，一般在电源入口建议加上安规电容。

2.安规电容与普通电容的异同点安规电容的放电和普通电容不一样，普通电容在外部电源断开后电荷会保留很长时间，如果用手触摸就会被电到，而安规电容则没这个问题。

在交流电源输入端,一般需要增加3个安全电容来抑制EMI 传导干扰。

图1 安规电容应用在开关电源中3.安规电容的分类安规电容分为x 型和y 型。

交流电源输入分为3 个端子：火线L/零线N/地线G，(L=Line,N=Neutral, G=Ground)。

跨于“L-N”之间，即“火线-零线”之间的是X 电容；跨于“L-G/N-G”之间，即“火线-地线或零线-地线”之间的是Y 电容。

火线与零线之间接个电容就像是“X”,而火线与地线之间接个电容像个“Y”4.安规电容应用在开关电源的EMI滤波器电路如下图所示为EMI电路，该EMI滤波器应用在220V交流电与整流电路之间，用来滤除市电中的电压瞬变和高频干扰，同时也防止开关电源中的器件产生的高频干扰传输到市电中。

安规电容应用在开关电源的EMI滤波器5.安规电容的安全等级安规电容安全等级应用中允许的峰值脉冲电压过电压等级（IEC664）X1 >2.5kV ≤4.0kV ⅢX2 ≤2.5kV ⅡX3 ≤1.2kV ——安规电容安全等级绝缘类型额定电压范围Y1 双重绝缘或加强绝缘≥ 250VY2 基本绝缘或附加绝缘≥150V ≤250VY3 基本绝缘或附加绝缘≥150V ≤250VY4 基本绝缘或附加绝缘<>。

EMI滤波器的设计原理及参数计算方法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。