开关电源EMI滤波器的设计

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。

开关电源滤波器设计（一）一、前言传导EMI 是由电源、信号线传导的噪声，连接在同一电网系统中的设备所产生的EMI会经过电源线相互干扰，为了对传到EMI进行抑制，通常在设备宇电源之间加装滤波器，本文主要探讨开关电源的EMI滤波器设计方法。

二、开关电源的传到EMI来源与组成开关电源的噪声包含有共模和差模两个分量，此两分量分别是由共模电流和差模电流所造成的。

图一所示为共模电流和差模电流的关系图，其中LISN 为电源传输阻抗稳定网络，是传导性EMI 量测的重要工具。

在三线式的电力系统中，由电源所取得的电流依其流向可分为共模电流和差模噪声电流。

其中，共模噪声电流ICM 指的是Line、Neutral 两线相对于接地线(Ground)之噪声电流分量，而差模噪声电流IDM 指的是直接流经Line 和Neutral两线之间而不流经过地线之噪声电流分量。

开关电源图一共模电流和差模电流之关系图在Line 上，共模噪声电流和差模噪声电流分量是以向量和的关系结合，而在Neutral 上，共模噪声电流和差模噪声电流分量则是以向量差的关系结合，两者的关系以数学式表示如下：其中，为流经Line 之总噪声电流，为流经Neutral 之总噪声电流。

为了有效抑制噪声，我们必须针对噪声源的产生及其耦合路径进行分析。

共模噪声主要是由电路上之Power MOSFET(Cq)、快速二极体(Cd)及高频变压器(Ct)上之寄生电容和杂散电容所造成的，如图二所示。

而差模噪声则由电源电路初级端的非连续电流及输入端滤波大电容(CB)上的寄生电阻及电感所造成，如图三所示。

图二共模电流耦合路径图三差模电流耦合路径开关电源滤波器设计（二）三、EMI 滤波器的基本架构本文所使用的EMI 滤波器的架构如图四所示，其中的元件包含了共模电感(LC)、差模电感(LD)、X 电容(CX1、CX2)、Y 电容(CY)，以下将对各元件作一一介绍：图四EMI滤波器的架构1 共模电感(CM inductor)：共模电感是将两组线圈依图五的绕线方式绕在一个铁心上，这种铁心一般是采用高值的Ferrite core，由于值较高，故电感值较高，典型值是数mH 到数十mH 之间。

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。

EMI电源滤波器设计与测试引言：随着电子设备的广泛应用，电源滤波器的重要性日益突出。

由于电子设备会产生较大的电磁干扰（EMI），这些干扰信号会传播到电源网络中，可能会干扰其他设备的正常运行。

因此，正确设计和测试EMI电源滤波器对于电子设备的稳定运行至关重要。

一、EMI电源滤波器的设计1.确定滤波器的类型：常见的滤波器类型有低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

根据特定应用的需求，选择合适的滤波器类型。

2.确定滤波器的频率范围：根据所需的高频抑制能力，选择适当的频率范围。

一般来说，电源干扰的频率范围为100kHz至100MHz。

3.确定滤波器的元件：根据所选滤波器类型和频率范围，选择适当的元件。

常见的元件包括电容器、电感器和阻抗。

4.设计滤波器电路：根据所选元件的电感值和电容值，使用传统的电路设计方法设计滤波器电路。

5.进行仿真和优化：使用电路仿真软件，对设计的滤波器电路进行仿真和优化。

通过调整元件值，使得滤波器在所选频率范围内具有最佳的抑制效果。

6.制作和组装滤波器：根据设计的滤波器电路，制作电路板并组装滤波器。

二、EMI电源滤波器的测试完成滤波器设计后，需要进行测试以确保其设计和性能的有效性。

以下是几个常见的EMI电源滤波器测试方法：1.静态电源测试：在电源线输入端与滤波器间，使用功率分配器和示波器测试静态电源特性。

测试过程中，记录电源线的电压和电流波形，评估滤波器阻尼和节能能力。

2.功率线谐波测试：使用功率线谐波测量仪器，测试滤波器是否能够有效抑制功率线谐波干扰信号。

测试过程中，记录功率线的谐波波形，并与滤波器前后的谐波波形进行比较。

3.射频干扰测试：使用射频信号发生器和射频频谱分析仪，测试滤波器是否能够有效抑制射频干扰信号。

测试过程中，调整射频信号的频率和幅度，记录射频信号在滤波器前后的幅度和频谱。

4.整体性能测试：测试滤波器的整体性能，包括频率响应、损耗和抑制能力等。

测试过程中，使用信号发生器和示波器记录输入和输出信号，并计算滤波器的传递函数、损耗和抑制程度。