开关电源直流EMI滤波器的设计及实现
开关电源EMI滤波器原理与设计
提高设备性能
EMI滤波器可以减少电磁干扰对周围 设备的影响，提高整个系统的性能和 稳定性。
EMI滤波器的分类与特点
分类
EMI滤波器根据不同的应用场景 和需求，可分为有源滤波器和无
源滤波器。
有源滤波器特点
有源滤波器通过放大电路和比较电 路实时检测干扰信号并消除，具有 较高的滤波效果，但成本较高。
无源滤波器特点
评估
通过对EMI滤波器性能的测试数据进行统计和分析，可以评 估其性能是否满足设计要求和标准。
优化建议
根据评估结果，可以提出针对性的优化建议，如改进滤波器 电路设计、选用更高性能的器件等。同时，也可以根据实际 应用场景和需求，对EMI滤波器进行定制化设计和生产。
05
EMI滤波器在开关电源中的应 用案例
01
02
03
插入损耗
滤波器对信号的衰减程度 ，通常用分贝（dB）表示 。
阻抗
滤波器对不同频率信号的 阻抗，通常用欧姆（Ω） 表示。
带宽
滤波器对信号的频率范围 ，通常用赫兹（Hz）表示 。
EMI滤波器的工作原理及作用机理
工作原理
EMI滤波器通过在电路中引入阻抗和感抗，对高频干扰信号进行抑制，从而减 小电磁干扰对电源的影响。
电设备的安全和稳定。
以上案例表明，EMI滤波器在开 关电源中具有广泛的应用，对于 提高电源性能、确保设备安全稳
定运行具有重要作用。
06
未来发展趋势与挑战
新型EMI滤波器技术的研究与发展
新型EMI滤波器技术
随着电子设备对性能和效率的要求不断提高，新型EMI滤波器技术的研究与发展成为重要趋势。这包 括研究新的滤波器结构、材料和设计方法，以提高EMI滤波器的性能和效率。
开关电源EMI滤波器原理与设计
EMI滤波器的分类
按安装位置分类
可以分为输入EMI滤波器和输出EMI滤波器。输入EMI滤波器安装在电源输入 端，用于抑制电网中的电磁干扰；输出EMI滤波器安装在电源输出端，用于抑 制电源对负载的电磁干扰。
按元件分类
可以分为无源EMI滤波器和有源EMI滤波器。无源EMI滤波器主要由电感和电容 组成，有源EMI滤波器则增加了运算放大器等电子元件。
THANKS
感谢观看
工业控制
如PLC、伺服驱动、传感器等。
汽车电子
如发动机控制、刹车控制等。
案例一：某型号电源的EMI滤波器设计
背景介绍
某型号电源在运行过程中出现了严重 的EMI干扰问题。
设计方案
采用EMI滤波器对电源输出端的干扰 进行抑制。
设计细节
根据电源的输出阻抗特性和干扰频率 ，选择合适的滤波器元件和结构。
实验验证
提高效率
优化电路拓扑结构，以提高电源的效率。例如， 采用同步整流、软开关等技术。
降低电磁干扰
合理设计电路拓扑结构，降低开关电源本身产生 的电磁干扰。
改进元件布局和布线
优化元件布局
合理安排各个元件的位置，以减小它们之间的相互干扰。
合理布线
优化线路布局，减小电流回路的大小和复杂度，以降低线路的电 感和电阻。
样品制作阶段
制作滤波器样品，并进行初步 的测试和验证。
批量生产阶段
在生产线上进行批量生产，并 进行持续的测试和验证。
应用现场阶段
在实际使用现场进行应用和验 证，确保滤波器的性能和效果
符合设计要求。
06
开关电源EMI滤波器应用 与案例分析
应用领域
电力电子设备
如电源、逆变器、变频器等。
开关电源EMI滤波器的设计
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滤波器原理与设计研究
被动式EMI滤波器主要通过电感和电容的组合来实现干扰的吸收和抑制。而主 动式EMI滤波器则通过在信号线上加入特殊的电子器件来消除干扰。
EMI耗
额定电压是EMI滤波器的重要参数之一，它 表示滤波器可以承受的最大电压值。
插入损耗是指EMI滤波器接入电路后，对信 号传输造成的影响。插入损耗越小，说明滤 波器的性能越好。
群时延
温度系数
群时延是指滤波器对信号传输时间的影响。 群时延越小，说明滤波器的传输速度越快。
温度系数是指EMI滤波器在温度变化时，其 性能变化的程度。温度系数越小，说明滤波 器的稳定性越好。
02
开关电源EMI滤波器设计基 础
EMI滤波器电路拓扑结构
1 2
共模滤波电路
用于减小电源线上共模噪声，包括电阻、电容 和电感等元件。
抑制共模噪声
通过采用共模扼流圈等元件，可以抑制共模噪声，提高滤波 器的性能。
抑制差模噪声
采用差模扼流圈等元件，可以抑制差模噪声，提高滤波器的 性能。
EMI滤波器与整流器的配合设计
整流器与滤波器的配合设计
整流器输出的波形对EMI滤波器的性能有很大影响，因此需要合理设计整流 器与滤波器之间的电路连接方式，以减小整流器对EMI滤波器性能的影响。
2023
《开关电源emi滤波器原理 与设计研究》
目录
• 开关电源EMI滤波器概述 • 开关电源EMI滤波器设计基础 • 开关电源EMI滤波器优化设计 • 开关电源EMI滤波器性能评估 • 开关电源EMI滤波器设计实例 • 结论与展望
01
开关电源EMI滤波器概述
EMI滤波器的定义和作用
EMI滤波器定义
整流器与滤波器的参数匹配
直流电机伺服驱动开关电源的EMI滤波器设计
Ｉ吴 佰
双 个 ｌ 肺 ｇ
组 号
ｌ
下 面 具体 讨论 滤 波器 设 计方 法 ，即选取 Ｌ Ｃ 网络 中 元件 参数 的方 法 ：
Ｃｌ Ｆ Ｖ （ ／）
４ Ｏ５ ｏ ／０
ｃ２ Ｆ Ｖ） （ ／
４ ｏ ，０ ０ Ｏ５
Ｌｌ Ｈ） （
８ ０
Ｌ （ Ｈ） ２
维普资讯
栏目编辑 ｌ Ｉ
莫 欣Ｉ 怡ｌ
Ｓｌ Ｌ
Ｓ Ｌ２
直流电机伺服驱动开关电源的
Ｅ Ｍ 滤波器设计 ★ Ｉ
湖南工学院 俞斌
摘要 ：
图 ２ 双级 Ｌ Ｃ网络
域 。本文介绍的就是一种 直流电机伺服驱动开
Ｄｅ ｉｎ ｏ ＭＩ ｉ ｅ ｓｏ ｗｉ ｈｎ — ｄ ｏ ｖ ｒｅ ｓ 关 电源 的 Ｅ 滤 波器 设 计 。 ｓｇ ｆＥ ｌ ｒ ｆＳ ｔ ｉｇ ｍｏ ｅ Ｃ ｎ ｅ ｔ ｒ Ｆｔ ｃ ＭＩ ｆ ｒ ｔ ｒＳ ｒ ｏＤｒ ｅ ｏ Ｍｏ ｏ ｅｖ ｉ ＤＣ ｖ
４ ０
由上面 ３ 个式子， 个频率点对应的传递函 ３
数 的幅值 分 别为 ：
日１ ｊ ￣ Ｃ ／ ２ ＝（２ ＬＪ １Ｃ ：
日： ２ Ｊ ｜ ／ ＝ 丁 ：Ｌ 厶 ｃ
２
２ ０５ ０ ／０
２ ｏ ５ ｏ Ｏ／０
６ ０
３ ０
插入损耗（ ｄ ） Ａ Ｂ 是频率的函数， ｄ 用 Ｂ表示。 表 １元件参数
图 １ Ｃ网络在开关 Ｌ 电源电路 中的位置
器、 计算机机房设备 、 开关电源 、 测控 系统等领
Ｓ１
赢１
第 二级 滤 波器 的 谐振 频 率 ：
１
赢
率， ｏ
开关电源EMI滤波器原理和设计研究
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EMI滤波器设计
ｎ ｉｅ Ｔ ｅ ｉｓ ｒｉｎ ｌｓ ｆｔ ｅ ｆ ｔｒｉ ｔ ｄ ｅ ｎ ｃ ｓ ｆｉｅ ｌｉ ｅ ａ ｃ ｏｓ ． ｈ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓｏ ｈ ｌｅ ｓｓｕ ｉｄ ｉ ａ ｅ ｏ ｄ ａ ｍｐ ｄ ｎ ｅ， ｗｈ ｃ ｓｏ ｏ ｒｃｉａ ａｕ ． ｏ ｉ ｉｈ ｉ ｆｓ ｍｅ ｐ ａ ｔ ｌ ｖ ｌｅ ｃ
共模 、差模噪 声。同时，研 究源和 负载理想 、非理想 阻抗特性 对滤波器插入损耗 的影 响 ，具有一定的意义 。 关键词 开关电源 ；寄生参数 ；尖峰干扰 ；Ｔ Ｋ Ｄ
Ｔ ８ Ｎ６ 文献标识码 Ａ 文章编号 １０ ７ ２ （ ００ ０ ０ ７— ５ ０ ７— ８０ ２ １ ） ６— ６ ０ 中 图分 类 号
（ ） 流 二极 管 反 向恢 复 电 流 引 起 的噪 声 干 扰 。 ２整
由于 整 流 二 极 管 的 非 线 性 和 滤 波 电 容 的 储 能 作 用 ，
二 极 管 导 通 角 变 小 ，输 入 电 流 成 为 一 个 时 间很 短 ，
而 峰 值 很 高 的尖 峰 电流 ，含 有 丰 富 的谐 波 分 量 ，对
ａ 叶谯 ２０ 第２卷 ６ ０年 ３ 第 期 １
Ｅ ｅ ｔ ｎ ｃ Ｓ ｉ ＆ Ｔｅ ｈ ／ ｕ ． ５．２ １ ｌ ｃｒ ｉ ｃ ． ｏ ｃ ．Ｊｎ １ ００
开 关 电 源 ＥＭＩ 波 器 设 计 滤
开关电源EMI滤波器的设计
圈２滤 波器接入前等效 电路 圈
接 收噪 声 源 以 后与 负载 接 收 到 的 噪声 源 功 率之 间的 比 值 。 接 人 滤
波器 的 前后 过 程的 电路 图如 图１ ，图２ 所 示 。一 般所 用到 的ＥＭ Ｉ 滤 波
器 结构 具 体包 括 了许 多， 滤波 器 结 构 电路如 图３ 所示。 Ｉ Ｌ ＝Ｄ Ｂ （ Ｐ Ｉ ／ Ｐ ２ ） ＝ ｌ Ｏ ｌ ｇ （ Ｐ ｌ ／ Ｐ ２ ） ． Ｐ １ ＝ Ｖ ２ １ ／ Ｒ Ｌ
ＡＣ
噪声源， ⑦高频 变压 器。 关断 最初 导通 的开 关管 ， 高 频 变压器 就会 形 成 关断 电压 尖峰 的情 况 ， 进而 出现传导 干扰 的现 象 ； ③电感 器、 电容
以 及导 线 。开关 电源 因为 工作 频 率很 高 ， 从 而低 频 元 器 件 的特 点会 因此发 生改 变 ， 从 而形 成了噪 声。
的， 从 而造 成了ＥＭＩ 情 况 恶劣。防止 电磁 干扰 的方 法可 以分为三种 ，
的形式 存 在 ， 然而 Ａ Ｃ 端 口有两 个， 开 关 电源的 主要 形成 部分 包 括 了 中线 （ Ｎ） 、 地线 （ Ｅ ） 以及相 线 （ Ｌ ） 等。 因此 在具 体 的分 析过 程 中把 噪 声 源分 为差模 以及 共模 和 噪 声源 。 共模 电流 Ｉ Ｃ Ｍ特点 是采 用同样 的幅 度 ， 在 通 过所 有 的Ａ Ｃ 线 的 时候 ， 选 择 的是 同样 的相 位 。 差模 电 流Ｉ ＤＭ特 点是 是在 中线和 相 线之 间来 回。 Ｅ ＭＩ 滤波 器衡 量 干扰 噪 声
开关电源emi滤波器原理与设计
1. 传导发射测试：测量开关电源EMI滤波器在电源线上 的传导发射电平。
3. 插入损耗测试：测量滤波器插入前后信号的衰减量， 反映滤波器的抑制能力。
测试结果分析与改进建议
结果分析
根据测试数据，分析开关电源EMI滤波器的性能，包括传导发射、辐射发射和 插入损耗等指标。
改进建议
根据分析结果，提出针对性的改进措施和建议，如优化滤波器电路设计、改进 元件参数等，以提高滤波器的性能。
05
开关电源EMI滤波器应用案例 分析
应用场景与案例选择
应用场景
开关电源广泛应用于各种电子设备中，如计算机、通信设备、家电等。在这些设 备中，EMI（电磁干扰）问题常常成为影响设备性能和稳定性的重要因素。
案例选择
为了更好地说明开关电源EMI滤波器的应用，本文选择了两个具有代表性的案例 进行分析，分别是计算机电源供应系统（PSU）和电动汽车充电桩。
03
开关电源EMI滤波器元件选择 与布局
元件选择的原则与技巧
元件选择的原则 选择低ESR（等效串联电阻）电容 选择低DCR（直流电阻）电感
元件选择的原则与技巧
选择低电阻、低电感的PCB（印刷电路板） 元件选择的技巧
根据EMI滤波器的性能要求，选择适当的元件值和类型
元件选择的原则与技巧
考虑元件的可靠性、耐温性能和寿命
考虑元件的成本和可获得性
元件布局的要点与注意事项
元件布局的要点 合理安排输入和输出线，避免平行布线
尽量减小电感器和电容器的距离
元件布局的要点与注意事项
输入和输出线应远离 PCB边缘
避免在PCB上形成大 的环路
元件布局的注意事项
元件布局的要点与注意事项
避免使用过长的元件引脚
开关电源EMI滤波器的设计
Ｙ ＝ Ｃ／２Ｃ ｙ
Ｌ＝Ｌ Ｙ １
Ｌ 和 Ｃ 即为滤波器实际使用的数值，Ｃ 取值与方法一的
ｙ
ｙ
取值范围相同。至于差模等效电路的参数可以取经验值或使
用方法一计算。
在使用上述两种方法计算电路参数时应注意，要保证
ＥＭＩ 电源滤波器的谐振频率低于开关电源的工作频率。
在进行 ＥＭＩ电源滤波器的设计中，还有选取磁芯和电容，
２，它与滤波器的阶数有关。滤波器的阶数可以简单的看作是
电感和电容的个数之和。
这里需要注意的是，根据上述方法计算出来的截止频率
ｆ 并不一定满足实际使用需要，因为有可能ｆ 的值和电网的
０
０
频率非常接近，导致大量没有滤掉的谐波从电网进入开关电
源或从开关电源进入电网，影响整个电源系统的稳定或改变
电网电压的波形。所以这里的截止频率应大于１５倍的电网频
率，这样对电源系统和电网的影响就小了。计算出滤波器设
计阻抗和截止频率后就可以不再考虑源阻抗和负载阻抗的问
题了。
ＥＭＩ 电源滤波器电路的共模扼流圈电感 Ｌ 和共模电容 Ｃ ｙ
的计算方法是
Ｌ１＝Ｒｄ／（２πｆ０） Ｃ ＝ １／（２ π ｆ０Ｒｄ） 这时计算出来的电容值并不满足漏电流的要求，因此用
计算出的 Ｃ 除以 ２ 倍的满足漏电流要求的电容值 Ｃｙ，得到计 算电感值所需的倍数 Ｙ，实际所需的电感值计算如下
（收稿日期：２００６．０７．０５）
电气时代 ２００６ 年第 ９ 期 ｜ １３３
2
34
１２ １８ ２４
56 ３０ ３６
１）所需损耗值Ｉ ／ｄＢ及与之相对应的起始频率ｆ ／Ｈｚ。 Ｌ
２）损耗裕量 Ｌ ／ｄＢ。 Ｍ
３）滤波器每倍频程的损耗值 Ｌ／ｄＢ，它与滤波器电路形式
开关电源的EMI滤波器设计
开关电源的EMI滤波器设计开关电源、EMI、滤波器1 引言电磁干扰滤波器（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，提高伺服系统和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。
本文介绍的就是一种开关电源的EMI滤波器设计。
2 滤波器设计根据直流电机伺服驱动开关电源系统的特点，本设计中的EMI滤波器采用双级LC网络设计，双级LC 网络插入开关电源电路中的位置如图1所示。
图1 LC网络在开关电源电路中的位置图2 双级LC网络假定直流电源侧为低阻抗电压源US，DC/DC变换器输入端为高阻抗电流源i(t)。
那么LC滤波器只能选择“”型结构，最简单的双“”级LC网络如图2所示。
其频域传递函数为：（1）由于LC网络谐振时,会产生很大的电流(电压)峰值，这个网络有３个频率点的谐振峰值是必须限制的，否则,会产生更大的EMI。
限制这3个频率点的峰值是设计这个滤波器的主要指导思想。
这3个频率点分别是:第一级滤波器的谐振频率：f1=（2）第二级滤波器的谐振频率：f2=（3）第3个频率点就是DC/DC变换器的开关频率f。
下面具体讨论滤波器设计方法，即选取LC网络中元件参数的方法：由上面3个式子，3个频率点对应的传递函数的幅值分别为：（4）（5）（6）元件参数选取方法讨论如下：为了限制f1点的谐振峰值，要求插入衰减20logH1=20logC1/C2＜0,即C1/C2＜1。
根据经验,它们的比值范围为:（7）为了限制f2点的谐振峰值，同理选取：（8）为了限制f点的谐振峰值，要求，即：（9）元件参数选取步骤归纳如下：（1）由式(7)～(9)确定了比值，这样只有二个参数是独立的；（2）由于滤波器负载侧（开关电流i(t)侧）谐波分量较大，C2应选一个大容量电容器;（3）由（1）、(2)步结果代入式(9)，就可以确定另一个独立参数;（4）由直流侧电源Us确定电容器额定电压值Uce≥2Us。
开关电源直流EMI滤波器的设计及实现
3）对于谐波分量，滤波器要有良好的滤波效果。
结合混合参数方程及等效原理图,由要求1）知，滤波器的输入导纳和输出阻抗要尽可能小，即g11=g22=0
由要求2）知，低频时，反向电流增益g12和正向电压增益g21设计值要尽量为1，而输入导纳和输出阻抗要尽可能小,也即g12=g21=1，g11=g22=0；
本文应用了二端口网络的原理，对开相关参数的计算方法。
1 基于二端口网络直流EMI滤波器的设计
目前广泛使用的开关电源，无论单桥式、推挽式、半桥式、全桥式都可以归纳为图1所示的形式[2]（以单相为例）。
由图1可以看出，通过对直流EMI滤波器的配置，可以改变电路的等效阻抗，进而达到预期的滤波效果。
对于直流分量，由于f趋向于0，对应有ω=2πf趋向于0；显然g11=g22=0；g12=g21=1。
对于谐波分量，
考虑到当ωL>10时，显然有g11=g12=g21=g22=0。分析系统的输入导纳和输出阻抗，要保证输入导纳g11趋向于0，必然使得L取值很大；要保证输出阻抗g22趋向于0，必然使得C取值同样很大，这给工程实际应用带来了局限性，这也正是LC滤波器的缺点。
显然，在低频段输出电压的衰减较小，高频段的滤波效果比较明显。
由以上分析可以看出，由于此电路元件参数的选择范围较宽,因此较容易设计出满足设计要求，且适用于工程实际的滤波器。作者已将此电路应用到了为长沙某公司所设计的开关电源中。
设计要求为：
1）输入1000V的尖峰电压,最大产生20A电流；
在工程实际中广泛应用的四阶直流线路滤波器其原理图。
开关电源EMI滤波器原理与设计
contents •开关电源EMI滤波器概述•EMI滤波器的工作原理•EMI滤波器的设计方法•EMI滤波器的制造工艺•EMI滤波器的测试与验证•EMI滤波器的应用与案例分析目录在开关电源中，EMI滤波器对于保护电源免受外部电磁干扰以及防止内部干扰影响其他电路具有重要意义，保证了电源的稳定性和可靠性。
EMI滤波器的定义与重要性EMI滤波器的重要性EMI滤波器定义EMI滤波器的分类EMI滤波器的特点EMI滤波器的分类与特点发展趋势技术挑战EMI滤波器的发展趋势EMI滤波器通常由电感、电容和电阻等元件组成，根据需要还可以加入铁氧体磁珠、二极管等其他元件。
其中，电感和电容的作用是阻止特定频率的电磁波通过，而电阻则可以吸收电磁波的能量。
EMI滤波器的电路设计需要根据开关电源的工作频率、电磁干扰的频率和幅度、以及所需的滤波效果等因素来确定元件的参数和电路结构。
插入损耗共模抑制比频带宽度耐压等级确定滤波器的性能指标包括滤波器的插入损耗、反射损耗、阻抗匹配等指标，根据应用场景和电磁兼容标准来确定。
包括电容器、电感器、电阻器等，根据设计需求来选择适当的元件类型和规格。
根据设计需求和元件参数，设计出满足性能指标的滤波器电路。
利用仿真软件对所设计的滤波器电路进行仿真验证，确保其性能指标符合要求。
将所设计的滤波器电路制作成样品，并进行测试，确保其实际性能符合设计要求。
选择适当的滤波器元件仿真验证制作与测试设计滤波器电路设计流程与步骤确定反射损耗反射损耗是指滤波器对信号的反射量，也是衡量滤波器性能的重要指标之一。
反射损耗的计算方法包括反射系数法和导纳变换法等。
确定插入损耗插入损耗是指滤波器插入前后信号电平的差值，是衡量滤波器性能的重要指标之一。
插入损耗的计算方法包括频域法和时域法等。
阻抗匹配为了使信号能够顺利传输，滤波器需要与信号源和负载阻抗进行匹配。
阻抗匹配的计算方法包括欧姆定律法和奇偶模分析法等。
参数选择与计算例如，设计一个针对某开关电源的EMI滤波器，需要考虑到该开关电源的工作频率、输出电压、输出电流等因素，以及所连接的负载特性和电磁兼容标准等。
直流电源EMI滤波器的设计
直流电源EMI滤波器的设计
直流电源EMI滤波器的设计原则、网络结构、参数选择
1 设计原则-满足最大阻抗失配
插入损耗要尽可能增大，即尽可能增大信号的反射。
设电源的输出阻抗和与
之端接的滤波器的输人阻抗分别为ZO和ZI，根据信号传输理论，当ZO≠ZI时，在滤波器的输入端口会发生反射，反射系数
p＝(ZO－ZI)/(ZO＋ZI)
显然，ZO与ZI相差越大，p便越大，端口产生的反射越大，EMI信号就越
难通过。
所以，滤波器输入端口应与电源的输出端口处于失配状态，使EMI信号产生反射。
同理，滤波器输出端口应与负载处于失配状态，使EMI信号产生反射。
即滤波器的设什应遵循下列原则：
源内阻是高阻的，则滤波器输人阻抗就应该是低阻的，反之亦然。
负载是高阻的，则滤波器输出阻抗就应该是低阻的，反之亦然。
对于EMI信号，电感是高阻的，电容是低阻的，所以，电源EMI滤波器与
源或负载的端接应遵循下列原则：
如果源内阻或负载是阻性或感性的，与之端接的滤波器接口就应该是容性的。
如果源内阻或负载是容性的，与之端接的滤波器接口就应该是感性的。
2 EMI滤波器的网络结构
EMI信号包括共模干扰信号CM 和差模干扰信号DM，CM 和DM 的分布如图1所示。
它可用来指导如何确定EMI滤波器的网络结构和参数。
EMI滤波器的基本网络结构如图2 所示。
tips:感谢大家的阅读，本文由我司。
开关电源直流EMI滤波器的设计及实现
）\关电源直潦EMI滤波器的设计及实现李金.粟梅.畅文（屮南大学信息科学与工程学院.湖南长沙410083）摘要:介绍了基于二端口网络理论的开关电源直4SEMI滤波器设计的一般原理和方法，该原理适合于任何滤波器的设计• 在实际应用中取得了良好的滤波效果，关键词：EMI滤波蘿输入丫纳：输出阳抗0 引言电子技术的迅速发展.对电子仪器和设备提出了更高的要求：性能上•更加安全可靠：功能上.不断增加：使用上. 自动化程度越來越臥体枳上.耍口趋小型化。
这使得具有众多优点的开关电源在计算机.通信.航天、彩色电视邹方面得到了口益广泛的应用，但是.在开关稳压电源屮.开关管工作在开关状态.其交变电压和电潦会通过电路的元器件产生很强的尖峰干扰和谐抿干扰，这些干扰严莹地污染了市电电网.影响了邻近电子仪器及设备的正常工作：冋时.由于这一缺点.便得开关电源无法应用于一些梢密的电子仪器中•因此•尽址降低开关电源的电陋干扰.捉高其使用范围. 是从爭开关电源设计必皴考虔的何题：点文賊用了二瑞口网络的原理.对开关电源中直流EMI滤波器进行f分析.给出了直流EMI滤波器设计的一般方法及相关参数的计篦方法。
1基于二端口网络直流EMI波波器的设计目前广泛使用的开关电源.无论单桥式.推挽式.半侨式.全桥式都可以归纳为图1所示的形式（以单相为例〉。
图1 开关电源的一般性原理图由图1可以看出.通过对直流EMI滤波器的配置.可以改变电路的等效阻抗.进而达到预期的滤波效果。
直流EMI滤波器双瑞口网络模型如图2所示。
其混介参数方程为fE^•= < 1）式中：gn为输入导纳：022为输出阻抗；K：图2 直流EMI谑波器双端口网络模型由式（1〉可以竽效出如图3所示的原理图’图3 直流EMI谑波器邻效原理图直流EMI滤波器设计必须满足以下儿项渡求:1＞耍保证滤波器在滤波的同时.不彫响电源的带负荷能力:2）对J•输入的直流分饭.耍求滤波器尽址不造成衰减：3＞对丁•谐波分虽.滤波器耍有便好的遊波效果。
开关电源滤波器设计
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，此两分量分別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則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，我们必须針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。
而差模噪声則由电源电路初級端的非连续电流及輸入端滤波大电容(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紹：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
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
开关电源直流EMI滤波器的设计及实现
作者：李 金 粟 梅 杨 文
文章加入时间：2005年7月14日 13:41:49
摘要：介绍了基于二端口网络理论的开关电源直流EMI滤波器设计的一般原理和方法。
该原理适合于任何滤波器的设计，在实际应用中取得了良好的滤波效果。
关键词：EMI滤波器；输入导纳；输出阻抗
引言
电子技术的迅速发展，对电子仪器和设备提出了更高的要求：性能上，更加安全可靠；功能上，不断增加；使用上，自动化程度越来越高；体积上，要日趋小型化。
这使得具有众多优点的开关电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面得到了日益广泛的应用。
但是，在开关稳压电源中，开关管工作在开关状态，其交变电压和电流会通过电路的元器件产生很强的尖峰干扰和谐振干扰。
这些干扰严重地污染了市电电网，影响了邻近电子仪器及设备的正常工作；同时，由于这一缺点，使得开关电源无法应用于一些精密的电子仪器中，因此，尽量降低开关电源的电磁干扰，提高其使用范围，是从事开关电源设计必须考虑的问题[1]。
本文应用了二端口网络的原理，对开关电源中直流EMI滤波器进行了分析，给出了直流EMI 滤波器设计的一般方法及相关参数的计算方法。
1 基于二端口网络直流EMI滤波器的设计
目前广泛使用的开关电源，无论单桥式、推挽式、半桥式、全桥式都可以归纳为图1所示的形式[2]（以单相为例）。
由图1可以看出，通过对直流EMI滤波器的配置，可以改变电路的等效阻抗，进而达到预期的滤波效果。
直流EMI滤波器双端口网络模型如图2所示。
其混合参数方程为
式中：g11为输入导纳；
g22为输出阻抗；
g12为反向电流增益；
g21为正向电压增益。
由式（1）可以等效出如图3所示的原理图。
直流EMI滤波器设计必须满足以下几项要求：
1）要保证滤波器在滤波的同时，不影响电源的带负荷能力；
2）对于输入的直流分量，要求滤波器尽量不造成衰减；
3）对于谐波分量，滤波器要有良好的滤波效果。
结合混合参数方程及等效原理图,由要求1）知，滤波器的输入导纳和输出阻抗要尽可能小，即g11=g22=0
由要求2）知，低频时，反向电流增益g12和正向电压增益g21设计值要尽量为1，而输入导纳和输出阻抗要尽可能小,也即g12=g21=1，g11=g22=0；
由要求3）知，高频时，g11，g12，g21，g22都要尽可能地小。
以上的分析结论就是直流EMI滤波器设计的一般方法及滤波效果的评判标准。
2 实例分析
LC滤波器和四阶直流线路滤波器是工程实际中常用的滤波器,下面就以上面的结论分析其滤波效果。
图4为LC滤波器原理图。
其混合参数方程为
对于直流分量，由于f趋向于0，对应有ω=2πf趋向于0；显然g11=g22=0；g12=g21=1。
对于谐波分量，
考虑到当ωL>10时，显然有g11=g12=g21=g22=0。
分析系统的输入导纳和输出阻抗，要保证输入导纳g11趋向于0，必然使得L取值很大；要保证输出阻抗g22趋向于0，必然使得C取值同样很大，这给工程实际应用带来了局限性，这也正是LC滤波器的缺点。
在工程实际中广泛应用的四阶直流线路滤波器其原理图如图5所示。
其混合参数方程为
如果令z=1/L1sg，则可以求得相应的参数如下：
g11=gz；g12=g21=z；g22=－L1sz。
下面分析此滤波器电压传递函数的幅频特性，滤波器的电压传递函数为
将参数g代入，应用MATLAB做出其对数幅频特性曲线如图6所示。
显然，在低频段输出电压的衰减较小，高频段的滤波效果比较明显。
由以上分析可以看出，由于此电路元件参数的选择范围较宽,因此较容易设计出满足设计要求，且适用于工程实际的滤波器。
作者已将此电路应用到了为长沙某公司所设计的开关电源中。
设计要求为：
1）输入1000V的尖峰电压,最大产生20A电流；
2）滤波器输出电流从0～25A变化时，造成513V电压波动不超过2％。
据此设计要求可得到设计允许值为：
g11=20/1000=0.02；
g22=U/I=(513＊2％)/25=0.4。
最终选定的参数值为：
L1=500µH；L2=140µH；R0=0.3Ω；
C1=470µF；C2=40µF。
将这组参数值代入式(3)得到:
g=5；z=0.003；
g11=gz=0.015；g12=g21=0.003；g22=0.2。
加入此滤波器前后开关电源输出电压波形如下图7所示。
3 结语
本文应用二端口网络原理，对开关电源EMI滤波器的设计要求进行了分析总结，得出了3条设计要求，它适合于任何滤波器的设计。
从该设计要求出发，可以对现有的开关电源EMI滤波器性能进行分析。
本文给出了一个应用该要求设计出的EMI滤波器，并用在了工程实际，运行结果表明该原理理论性与实践性均较好，具有通用性。