電源噪聲濾波器的基本原理與應(yīng)用方法

1引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子、電力電子、電氣設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它們?cè)谶\(yùn)行中產(chǎn)生的高密度、寬頻譜的電磁信號(hào)充滿整個(gè)空間，形成復(fù)雜的電磁環(huán)境。復(fù)雜的電磁環(huán)境要求電子設(shè)備及電源具有更高的電磁兼容性。于是抑制電磁干擾的技術(shù)也越來(lái)越受到重視。接地、屏蔽和濾波是抑制電磁干擾的三大措施，下面主要介紹在電源中使用的EMI濾波器及其基本原理和正確應(yīng)用方法。

2電源設(shè)備中噪聲濾波器的作用

電子設(shè)備的供電電源，如220V/50Hz交流電網(wǎng)或115V/400Hz交流發(fā)電機(jī)，都存在各式各樣的EMI噪聲，其中人為的EMI干擾源，如各種雷達(dá)、導(dǎo)航、通信等設(shè)備的無(wú)線電發(fā)射信號(hào)，會(huì)在電源線上和電子設(shè)備的連接電纜上感應(yīng)出電磁干擾信號(hào)，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械和點(diǎn)火系統(tǒng)，會(huì)在感性負(fù)載電路內(nèi)產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)程和輻射噪聲干擾；還有自然干擾源，比如雷電放電現(xiàn)象和宇宙中天電干擾噪聲，前者的持續(xù)時(shí)間短但能量很大，后者的頻率范圍很寬。另外電子電路元器件本身工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱噪聲等。

這些電磁干擾噪聲，通過(guò)輻射和傳導(dǎo)耦合的方式，會(huì)影響在此環(huán)境中運(yùn)行的各種電子設(shè)備的正常工作。

另一方面，電子設(shè)備在工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生各種各樣的電磁干擾噪聲。比如數(shù)字電路是采用脈沖信號(hào)（方波）來(lái)表示邏輯關(guān)系的，對(duì)其脈沖波形進(jìn)行付里葉分析可知，其諧波頻譜范圍很寬。另外在數(shù)字電路中還有多種重復(fù)頻率的脈沖串，這些脈沖串包含的諧波更豐富，頻譜更寬，產(chǎn)生的電磁干擾噪聲也更復(fù)雜。

各類穩(wěn)壓電源本身也是一種電磁干擾源。在線性穩(wěn)壓電源中，因整流而形成的單向脈動(dòng)電流也會(huì)引起電磁干擾；開關(guān)電源具有體積小，效率高的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代電子設(shè)備中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是因?yàn)樗诠β首儞Q時(shí)處于開關(guān)狀態(tài)，本身就是很強(qiáng)的EMI噪聲源，其產(chǎn)生的EMI噪聲既有很寬的頻率范圍，又有很高的強(qiáng)度。這些電磁干擾噪聲也同樣通過(guò)輻射和傳導(dǎo)的方式污染電磁環(huán)境，從而影響其它電子設(shè)備的正常工作。

對(duì)電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，當(dāng)EMI噪聲影響到模擬電路時(shí)，會(huì)使信號(hào)傳輸?shù)男旁氡茸儔?，?yán)重時(shí)會(huì)使要傳輸?shù)男盘?hào)被EMI噪聲所淹沒(méi)，而無(wú)法進(jìn)行處理。當(dāng)EMI噪聲影響到數(shù)字電路時(shí)，會(huì)引起邏輯關(guān)系出錯(cuò)，導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。

對(duì)于電源設(shè)備來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部除了功率變換電路以外，還有驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、保護(hù)電路、輸入輸出電平檢測(cè)電路等，電路相當(dāng)復(fù)雜。這些電路主要由通用或?qū)Ｓ眉呻娐窐?gòu)成，當(dāng)受電磁干擾而發(fā)生誤動(dòng)作時(shí)，會(huì)使電源停止工作，導(dǎo)致電子設(shè)備無(wú)法正常工作。采用電網(wǎng)噪聲濾波器可有效地防止電源因外來(lái)電磁噪聲干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作。

圖1電磁干擾信號(hào)示意圖

圖2電源濾波器的基本電路圖

另外，從電源輸入端進(jìn)入的EMI噪聲，其一部分可出現(xiàn)在電源的輸出端，它在電源的負(fù)載電路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，成為電路產(chǎn)生誤動(dòng)作或干擾電路中傳輸信號(hào)的原因。這些問(wèn)題同樣也可用噪聲濾波器來(lái)加以防止。

在電源設(shè)備中采用噪聲濾波器的作用如下：

（1）防止外來(lái)電磁噪聲干擾電源設(shè)備本身控制電

路的工作；

（2）防止外來(lái)電磁噪聲干擾電源的負(fù)載的工作；

（3）抑制電源設(shè)備本身產(chǎn)生的EMI；

（4）抑制由其它設(shè)備產(chǎn)生而經(jīng)過(guò)電源傳播的EMI。

開關(guān)電源本身在工作時(shí)以及電子設(shè)備處于開關(guān)工作狀態(tài)時(shí)，都會(huì)在電源設(shè)備的輸入端出現(xiàn)終端噪聲，產(chǎn)生輻射及傳導(dǎo)干擾，也會(huì)進(jìn)入交流電網(wǎng)干擾其它的電子設(shè)備，所以必須采取有效措施加以抑制。在抑制EMI噪聲的輻射干擾方面，電磁屏蔽是最好的方式。而在抑制EMI噪聲的傳導(dǎo)干擾方面，采用EMI濾波器是很有效的手段，當(dāng)然應(yīng)配合良好的接地措施。

在國(guó)際上各個(gè)國(guó)家都實(shí)行了嚴(yán)格的電磁噪聲限制規(guī)則，如美國(guó)有FCC，德國(guó)有FTZ，VDE等標(biāo)準(zhǔn)。如電子設(shè)備不滿足噪聲限制規(guī)則，則產(chǎn)品就不能出售和使用。

由于上述種種原因，在電源設(shè)備中必須要設(shè)計(jì)使用滿足要求的電網(wǎng)噪聲濾波器。