電子設備電源EMI濾波器的原理和正確應用方法

差模電感線圈L3、L4與差模電容器CX構(gòu)成交流進線獨立端口間的一個低通濾波器，用來抑制交流進線上的差模干擾噪聲，防止電源設備受其干擾。

圖2所示的電源噪聲濾波器是無源網(wǎng)絡，它具有雙向抑制性能。將它插入在交流電網(wǎng)與電源之間，相當于這二者的EMI噪聲之間加上一個阻斷屏障，這樣一個簡單的無源濾波器起到了雙向抑制噪聲的作用，從而在各種電子設備中獲得了廣泛應用。

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5、噪聲濾波器的主要設計原則

共模電感線圈使用的磁芯有環(huán)形、E形和U形等，材料一般采用鐵氧體，環(huán)形磁芯適用于大電流小電感量，它的磁路比E形和U形長，沒有間隙，用較少的圈數(shù)可獲得較大的電感量，由于這些特點它具有較佳的頻率特性。而E形磁芯的線圈泄漏磁通小，故當電感漏磁有可能影響其它電路或其它電路與共模電感有磁耦合，而不能獲得所需要的噪聲衰減效果時應考慮采用E形磁芯作成共模電感。

差模電感線圈一般采用金屬粉壓磁芯，由于粉壓磁芯適用頻率范圍較低，在幾十kHz～幾MHz，其直流重疊特性好，在大電流應用時電感量也不會大幅下降，最適合作為差模電感。

圖2中，電源噪聲濾波器使用二種電容器，CX、CY1和CY2，它們在濾波器中的作用不同，還有不同的安全等級要求，因此其性能參數(shù)直接與濾波器的安全性能有關(guān)。

差模電容CX接在交流電進線兩端，它上面除加有額定交流電壓以外，還會疊加交流進線之間存在的各種EMI峰值電壓。所以該電容器的耐壓及耐瞬態(tài)峰值電壓的性能要求較高，同時要求該電容器失效后，不能危及后面電路及人身安全。CX電容器的安全等級又分為X1和X2兩類，X1類適用于一般場合，X2類適用于會出現(xiàn)高的噪聲峰值電壓的應用場合。

共模電容CY接在交流電進線與機殼地之間，要求它們在電氣和機械性能上，應有足夠大的安全余量，萬一它們發(fā)生擊穿短路，將使設備機殼帶上危險的交流電，如設備的絕緣或接地保護失效，可能使操作人員遭受電擊，甚至危及人身安全。因此對CY電容器的容量要進行限制，使其在額定頻率的電壓下漏電流小于安全規(guī)范值。另外還要求其應有足夠的耐壓及耐瞬態(tài)高峰值電壓的余量，并且萬一發(fā)生電壓擊穿它應處于開路狀態(tài)，而不會使設備機殼帶電。

綜上所述，在設計和選擇電網(wǎng)噪聲濾波器時，因為它們工作在高電壓、大電流、惡劣的電磁干擾環(huán)境中，首先必須考慮所用電感器和電容器的安全性能。對于電感線圈，其磁芯、繞線的材料，絕緣材料和絕緣距離、線圈溫升等都應予重視。對于電容器，其電容種類、耐壓、安全等級、容量、漏電流等都應優(yōu)先考慮，特別要求選擇經(jīng)過國際安全機構(gòu)安全認證的產(chǎn)品。

6、濾波器的安全性能參數(shù)

6.1濾波器與漏電流

電網(wǎng)濾波器漏電流定義為：在額定交流電壓下，濾波器外殼到交流進線任一端的電流。如果濾波器的所有端口與外殼之間是完全絕緣的，則漏電流的值，主要取決于共模電容CY的漏電流，即主要取決于CY的容量。由于濾波器漏電流的大小，涉及到人身安全，國際上各國對此都有嚴格的標準規(guī)定。對于220V/50Hz 交流電網(wǎng)供電，一般要求噪聲濾波器的漏電流小于1mA。

6.2濾波器與試驗電壓

對于交流電網(wǎng)噪聲濾波器，試驗電壓分為兩種：一種是加在交流進線兩端，即線—線試驗電壓。若電感線圈及引線是絕緣良好的，它主要取決于電容器CX的耐壓；另一種是加在交流進線任一端與機殼地之間，即線—地試驗電壓。它主要取決于CY的耐壓。

漏電流和試驗電壓都是噪聲濾波器的安全性能參數(shù)，是濾波器中電感線圈、絕緣和電容器CX、CY安全性能的具體表現(xiàn)，并且與設備及人身安全緊密相關(guān)。因此在電網(wǎng)噪聲濾波器的設計、生產(chǎn)和使用中，都要特別加以重視，把這些技術(shù)參數(shù)的認證和檢驗放在首位。

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7、濾波器的技術(shù)參數(shù)及正確使用

（1）插入損耗是噪聲濾波器的重要技術(shù)參數(shù)之一，在設計和選用時應予主要考慮。在濾波器的安全、常規(guī)電氣性能、環(huán)境及機械等條件都滿足要求時，應盡量選擇插入損耗值大些。

插入損耗的定義如圖3所示，當沒接濾波器時，信號源輸出電壓為V1，當濾波器接入后，在濾波器輸出端測得信號源的電壓為V2。若信號源輸出阻抗與接收機輸入阻抗相等，都是50Ω，則濾波器的插入損耗為：IL=20log（V1/V2）（1）

因為電源噪聲濾波器能衰減共模和差模噪聲，所以它即有共模插入損耗，又有差模插入損耗。

但在實際選用濾波器時，應注意產(chǎn)品手冊給出的插入損耗曲線，都是按照標準規(guī)定，在其輸入和輸出阻抗都為50Ω條件下測得的。因為實際的濾波器兩端阻抗不一定在全頻率范圍內(nèi)是50Ω，所以它對EMI信號的衰減，并不等于產(chǎn)品手冊中給出的插入損耗值。特別當使用安裝不當時，還會遠遠小于標準給定的插入損耗。

（2）電源噪聲濾波器是一種具有互易性的無源網(wǎng)絡。在實際應用中為使它有效地抑制噪聲應合理配接。按圖4所示組合來選擇濾波器的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和參數(shù)，才能得到較好的EMI抑制效果。

當濾波器的輸出阻抗與負載阻抗不相等時，在此端口上會產(chǎn)生反射，兩個阻抗相差越大，端口產(chǎn)生的反射也越大。當濾波器兩端阻抗都與外部阻抗不相等時，則 EMI信號將在其輸入和輸出端都產(chǎn)生反射。這時電源濾波器對電磁干擾噪聲的衰減，就與濾波器固有的插入損耗和反射損耗有關(guān)，可利用這點更有效地抑制電磁干擾噪聲。在實際設計和選擇使用EMI濾波器時，要注意濾波器阻抗的正確連接，以造成盡可能大的反射，使濾波器在很寬的頻率范圍內(nèi)造成較大的阻抗失配，從而得到更好的電磁干擾抑制性能。

（3）在電源濾波器的實際應用中，要求其外殼與系統(tǒng)地之間有良好的電氣連接，且應使接地線盡量短，因為過長的接地線會加大接地電阻和電感，而嚴重削減濾波器的共模抑制能力，同時也會產(chǎn)生公共接地阻抗耦合的問題。如圖5所示，接地線過長，則濾波器輸入和輸出之間的公共耦合阻抗Zg也過大，負載上電壓為：V0=VZ＋Vg=VZ＋（Ii－IO）Zg（2）式中：Ii為濾波器交流輸入電路的噪聲電流；IO為濾波器輸出電路的噪聲電流。