EMI电源滤波器基本知识介绍opf.docx

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1、EMI电电源滤波波器基本本知识介介绍 电电磁干扰扰（EMMI）电电源滤波波器（以以下简称称滤波器器）是由由电感、电电容组成成的无源源器件。实实际上它它起两个个低通滤滤波器的的作用，一一个衰减减共模干干扰另一一个衰减减差模干干扰。它它能在阻阻带（通通常大于于10KKHz）范范围内衰衰减射频频能量而而让工频频无衰减减或很少少衰减地地通过。EEMI电电源滤波波器是电电子设备备设计工工程师控控制传导导干扰和和辐射电电磁干扰扰的首选选工具 （一） EMII电源滤滤波器部部分技术术参数简简介 插插入损耗耗 滤波器器的插入入损耗是是不加滤滤波器时时从噪声声源传递递到负载载的噪声声电压与与接入滤滤波器时时负载

2、上上的噪声声电压之之比。插插入损耗耗衡量EEMI电电源滤波波器电 性能的的重要参参数，用用下式表表示： Eoo IL20llog- E 式中:Eo-不不加滤波波器时，负负载上的的干扰噪噪声电平平。 EE -接入入滤波器器后，同同一负载载上的干干扰噪声声电平。 干扰方方式有共共模干扰扰和差模模干扰两两种，其其定义为为： 共共模干扰扰：叠加加于火线线（P）、零零线（NN）和地地线（EE）之间间的干扰扰电压。 差模干干扰：叠叠加于火火线（PP）和零零线（NN）之间间的干扰扰电压。 因因此插入入损耗又又分为共共模插入入损耗和和差模插插入损耗耗，插入入损耗的的测试原原理图如如下： 泄漏电电流：滤滤波器的

3、的泄漏电电流是指指在2550VAAC的电电压下，火火线和零零线与外外壳间流流过的电电流。它它主要取取决于滤滤波器中中的共模模电容。从从插入损损 耗考考虑，共共模电容容越大，电电性能越越好，此此时，漏漏电流也也越大。但但从安全全方面考考虑，泄泄漏电流流又不能能过大，否否则不符符合安全全标准要要求。尤尤其是一一些 医医疗保健健设备，要要求泄漏漏电流尽尽可能小小。因此此，要根根据具体体设备要要求来确确定共模模电容的的容量。泄泄漏电流流测试电电路如下下所示 耐压测测试 为确确保（交交流）电电源滤波波器的质质量，出出厂前全全部进行行耐压测测试。测测试标准准为： 火火线与地地线（或或零线与与地线）之之间施

4、加加频率为为50HHz的115000VACC高压，时时间一分分钟，不不发生放放电现象象和咝咝咝声。 火火线与零零线之间间施加114500V直流流高压，时时间一分分钟，不不发生放放电现象象和咝咝咝声 （二二） EEMI电电源滤波波器的选选用 根据设设备的额额定工作作电压、额额定工作作电流和和工作频频率来确确定滤波波器的类类型。滤滤波器的的额定工工作电流流不要取取的过小小，否则则会损坏坏滤波器器或降低低滤波器器的寿命命。但额额定工作作电流也也不要取取的过大大，这是是因为电电流大会会增大滤滤波器的的体积或或降低滤滤波器的的电性能能，为了了既不降降低滤波波器的电电性能，又又能保证证滤波器器安全工工作，

5、一一般按设设备额定定电流的的1.22倍来确确定滤波波器的额额定工作作电流。 根根据设备备现场干干扰源情情况，来来确定干干扰噪声声类型，是是共模干干扰还是是差模干干扰，这这样才能能有针对对性的选选用滤波波器。如如不能确确定干扰扰类型，可可通过实实际试探探来确定定滤波器器型号，这这种方法法往往是是一种既既实际又又有效的的方法。 根根据设备备最大泄泄漏电流流的允许许值来选选择滤波波器，尤尤其对一一些医疗疗保健设设备更是是如此 （三） EMII电源滤滤波器使使用的注注意事项项 电电源滤波波器的安安装位置置要靠近近电源入入口处，尽尽量缩短短引线长长度。 确保滤滤波器外外壳与机机箱外壳壳良好接接触，外外壳

6、接保保护地。 滤波器器耐压测测试标准准是（线线-地）115000VACC，（线线-线）114500VDCC，时间间一分钟钟。由于于这种测测试对内内部器件件带有一一定损伤伤，用户户测试次次数不能能过多，时时间不能能过长。否否则会降降低滤波波器的寿寿命，甚甚至损坏坏滤波器器。话题：解解析几种种有效开开关电源源电磁干干扰抑制制解析几种种有效开开关电源源电磁干干扰抑制制 前关关于开关关电源EEMI（EElecctroomaggnettic Intterffereencee）的研研究，有有些从EEMI产产生的机机理出发发，有些些 从EEMI 产生的的影响出出发，都都提出了了许多实实用有价价值的方方案。这

7、这里分析析与比较较了几种种有效的的方案，并并为开关关 电源源EMII 的抑抑制措施施提出新新的参考考建议。 开关电电源电磁磁干扰的的产生机机理 开关关电源产产生的干干扰,按按噪声干干扰源种种类来分分,可分分为尖峰峰干扰和和谐波干干扰两种种;若按按耦合通通路来分分,可 分为传传导干扰扰和辐射射干扰两两种。现现在按噪噪声干扰扰源来分分别说明明： 11、二极极管的反反向恢复复时间引引起的干干扰 高频频整流回回路中的的整流二二极管正正向导通通时有较较大的正正向电流流流过,在其受受反偏电电压而转转向截止止时, 由于PPN结中中有较多多的载流流子积累累,因而而在载流流子消失失之前的的一段时时间里,电流会会

8、反向流流动,致致使载流流 子消消失的反反向恢复复电流急急剧减少少而发生生很大的的电流变变化(ddi/ddt)。 2、开开关管工工作时产产生的谐谐波干扰扰 功率开开关管在在导通时时流过较较大的脉脉冲电流流。例如如正激型型、推挽挽型和桥桥式变换换器的输输入电流流波形在在 阻性负负载时近近似为矩矩形波,其中含含有丰富富的高次次谐波分分量。当当采用零零电流、零零电压开开关时,这种谐谐 波干扰扰将会很很小。另另外,功功率开关关管在截截止期间间,高频频变压器器绕组漏漏感引起起的电流流突变,也会产产生 尖峰峰干扰。 3、交交流输入入回路产产生的干干扰 无工工频变压压器的开开关电源源输入端端整流管管在反向向恢

9、复期期间会引引起高频频衰减振振荡产生生干扰。 开开关电源源产生的的尖峰干干扰和谐谐波干扰扰能量,通过开开关电源源的输入入输出线线传播出出去而形形成的干干扰称 之为传传导干扰扰;而谐谐波和寄寄生振荡荡的能量量,通过过输入输输出线传传播时,都会在在空间产产生电场场和磁场场。这 种通过过电磁辐辐射产生生的干扰扰称为辐辐射干扰扰。 44、其他他原因 元元器件的的寄生参参数，开开关电源源的原理理图设计计不够完完美，印印刷线路路板（PPCB）走走线通常常采用手手工布 置，具具有很大大的随意意性，PPCB的的近场干干扰大，并并且印刷刷板上器器件的安安装、放放置，以以及方位位的不合合理 都都会造成成EMII干

10、扰。 开关电电源EMMI的特特点 作为为工作于于开关状状态的能能量转换换装置，开开关电源源的电压压、电流流变化率率很高，产产生的干干扰强度度较大；干 扰源主主要集中中在功率率开关期期间以及及与之相相连的散散热器和和高平变变压器，相相对于数数字电路路干扰源源的位置置较为 清楚楚；开关关频率不不高（从从几十千千赫和数数兆赫兹兹），主主要的干干扰形式式是传导导干扰和和近场干干扰;而而印刷线线路板 (PPCB)走线通通常采用用手工布布线,具具有更大大的随意意性,这这增加了了PCBB分布参参数的提提取和近近场干扰扰估计的的难度。 EMII测试技技术 目前前诊断差差模共模模干扰的的三种方方法：射射频电流流

11、探头、差差模抑制制网络、噪噪声分离离网络。用用射频电电流探头头 是是测量差差模 共共模干扰扰最简单单的方法法，但测测量结果果与标准准限值比比较要经经过较复复杂的换换算。差差模抑制制网络结结 构构比较简简单，测测量结果果可直接接与标准准限值比比较，但但只能测测量共模模干扰。噪噪声分离离网络是是最理想想的方法法， 但其关关键部件件变压器器的制造造要求很很高。 目目前抑制制干扰的的几种措措施 形成成电磁干干扰的三三要素是是干扰源源、传播播途径和和受扰设设备。因因而,抑抑制电磁磁干扰也也应该从从这三方方面着手手。 首先应应该抑制制干扰源源,直接接消除干干扰原因因;其次次是消除除干扰源源和受扰扰设备之之

12、间的耦耦合和辐辐射,切切断电磁磁干扰 的传传播途径径；第三三是提高高受扰设设备的抗抗扰能力力,减低低其对噪噪声的敏敏感度。目目前抑制制干扰的的几种措措施基本本上 都是用用切断电电磁干扰扰源和受受扰设备备之间的的耦合通通道，它它们确是是行之有有效的办办法。常常用的方方法是屏屏蔽、接接 地地和滤波波。 采用用屏蔽技技术可以以有效地地抑制开开关电源源的电磁磁辐射干干扰。例例如,功功率开关关管和输输出二极极管通常常有较大大的 功率损损耗,为为了散热热往往需需要安装装散热器器或直接接安装在在电源底底板上。器器件安装装时需要要导热性性能好的的绝缘片片 进进行绝缘缘,这就就使器件件与底板板和散热热器之间间产

13、生了了分布电电容,开开关电源源的底板板是交流流电源的的地线,因而通通过 器件与与底板之之间的分分布电容容将电磁磁干扰耦耦合到交交流输入入端产生生共模干干扰,解解决这个个问题的的办法是是采用两两层 绝缘片片之间夹夹一层屏屏蔽片,并把屏屏蔽片接接到直流流地上,割断了了射频干干扰向输输入电网网传播的的途径。为为了抑制制 开开关电源源产生的的辐射,电磁干干扰对其其他电子子设备的的影响,可完全全按照对对磁场屏屏蔽的方方法来加加工屏蔽蔽罩,然然后 将整个个屏蔽罩罩与系统统的机壳壳和地连连接为一一体,就就能对电电磁场进进行有效效的屏蔽蔽。电源源某些部部分与大大地相连连可 以起到到抑制干干扰的作作用。例例如,

14、静静电屏蔽蔽层接地地可以抑抑制变化化电场的的干扰;电磁屏屏蔽用的的导体原原则上可可以 不接地地,但不不接地的的屏蔽导导体时常常增强静静电耦合合而产生生所谓“负负静电屏屏蔽”效效应,所所以仍以以接地为为好,这这样 使电磁磁屏蔽能能同时发发挥静电电屏蔽的的作用。电电路的公公共参考考点与大大地相连连,可为为信号回回路提供供稳定的的参考电电 位位。因此此,系统统中的安安全保护护地线、屏屏蔽接地地线和公公共参考考地线各各自形成成接地母母线后,最终都都与大地地相连. 在电电路系统统设计中中应遵循循“一点点接地”的的原则,如果形形成多点点接地,会出现现闭合的的接地环环路,当当磁力线线穿 过该回回路时将将产生

15、磁磁感应噪噪声,实实际上很很难实现现“一点点接地”。因因此,为为降低接接地阻抗抗,消除除分布电电容的影影 响响而采取取平面式式或多点点接地,利用一一个导电电平面(底板或或多层印印制板电电路的导导电平面面层等)作为参参考地,需 要接地地的各部部分就近近接到该该参考地地上。为为进一步步减小接接地回路路的压降降,可用用旁路电电容减少少返回电电流的幅幅 值值。在低低频和高高频共存存的电路路系统中中,应分分别将低低频电路路、高频频电路、功功率电路路的地线线单独连连接后,再连 接到到公共参参考点上上。 滤波波是抑制制传导干干扰的一一种很好好的办法法。例如如,在电电源输入入端接上上滤波器器,可以以抑制开开关

16、电源源产生并并向 电网反反馈的干干扰,也也可以抑抑制来自自电网的的噪声对对电源本本身的侵侵害。在在滤波电电路中,还采用用很多专专用的滤滤波 元件,如穿心心电容器器、三端端电容器器、铁氧氧体磁环环,它们们能够改改善电路路的滤波波特性。恰恰当地设设计或选选择滤波波 器器,并正正确地安安装和使使用滤波波器,是是抗干扰扰技术的的重要组组成部分分。 EMMI滤波波技术是是一种抑抑制尖脉脉冲干扰扰的有效效措施,可以滤滤除多种种原因产产生的传传导干扰扰。一种种由电容容、电 感组组成的EEMI滤滤波器,接在开开关电源源的输入入端。电电路中,C1、CC5是高高频旁路路电容,用于滤滤除两输输入电源源线间 的差差模

17、干扰扰;L11与C22、C44;L22与C33、C44组成共共模干扰扰滤波环环节,用用于滤除除电源线线与地之之间非对对称的共共模干 扰;L3、LL4的初初次级匝匝数相等等、极性性相反,交流电电流在磁磁芯中产产生的磁磁通相反反,因而而可有效效地抑制制共模干干 扰扰。测试试表明,只要适适当选择择元器件件的参数数,便可可较好地地抑制开开关电源源产生的的传导干干扰。 目目前开关关电源EEMI抑抑制措施施的不足足之处 现现有的抑抑制措施施大多从从消除干干扰源和和受扰设设备之间间的耦合合和辐射射,切断断电磁干干扰的传传播途径径出发，这这 确确是抑制制干扰的的一种行行之有效效的办法法，但很很少有人人涉及直直

18、接控制制干扰源源,消除除干扰，或或提高受受扰设备备的抗 扰能能力，殊殊不知后后者还有有许多发发展的空空间。 改改进措施施的建议议 我认为为目前从从电磁干干扰的传传播途径径出发来来抑制干干扰，已已渐进成成熟。我我们的视视点要回回到开关关电源器器件本 身来来。从多多年的工工作实践践来看，在在电路方方面要注注意以下下几点： (11) 印印制板布布局时,要将模模拟电路路区和数数字电路路区合理理地分开开,电源源和地线线单独引引出,电电源供给给处汇集集 到到一点;布线时时,高频频数字信信号线要要用短线线,主要要信号线线最好集集中在板板中心,同时电电 源线尽尽可能远远离高频频数字信信号线或或用地线线隔开。其

19、其次，可可以根据据耦合系系数来布布线，尽尽量减少少干 扰耦耦合。 (22) 印印制板的的电源线线和地线线印制条条尽可能能宽,以以减小线线阻抗,从而减减小公共共阻抗引引起的干干扰噪声声。 (3) 器件件多选用用贴片元元件和尽尽可能缩缩短元件件的引脚脚长度,以减小小元件分分布电感感的影响响。 (4) 在VVdd及及Vccc电源端端尽可能能靠近器器件接入入滤波电电容,以以缩短开开关电流流的流通通途径,如用110铝电 解解和0 1电容并并联接在在电源脚脚上。对对于高速速数字的电电源端可可以用钽钽电解电电容代替替铝电解解 电容,因为钽钽电解的的对地阻阻抗比铝铝电解小小得多。 产生开开关电源源电磁干干扰的因因素还很很多，抑抑制电磁磁干扰还还有大量量的工作作。全面面抑制开开关电源源的各种种噪声 才会使使开关电电源得到到更广泛泛的应用用。