如何通俗理解开关电源EMI
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。
开关电源高频电磁波干扰解析-EMI
转载+整理《开关电源高频电磁波干扰概论》解析（一）第一节这个是说EMI的传播过程，干扰源－干扰途径－接收器，就向传染病：传染源－传染途径－易感人群。
对于开关电源来说，最后一部分是不需要考虑的，干扰源也不能消灭，因为它也是开关电源之所以能工作的源头，但是可以通过软开关、加缓冲等方式来使干扰源的干扰小一些。
控制干扰途径是降低开关电源EMI的重要一环，也是本讲义的重点讲解之处。
信号源波形产生的频谱电压波形产生的频谱周期信号的频谱是没有偶次谐波的，正负对称的波形产生的频率分量更少，像桥式电路。
高数都忘光了，有兴趣的做一下FFT.占空比和波形斜率的影响占空比越大时，干扰的幅度也大一些，这个可由FFT的系数算出来。
波形的斜率对干扰的高频部分影响非常大。
低频部分几乎没有影响。
低频部分主要由波形的幅度和高电平部分的宽度决定的，但高频部分大幅度下降的转折点为1/(3.14*tr),所以tr越大时，转折点的频率越低，高频下降越大。
所以我们应该想到降低斜率的措施，缓冲电路。
第一节小结：电压和电流波形都有很丰富的频率成分超过200M时由于幅值已经很低，所以影响很小波形影响低频部分上升沿和下降沿影响高频部分占空比对个频谱幅值有一点影响第2节：下以部分13-42页，介绍的内容比较杂，有传导和辐射的场地、设备的放置，Log的概念等。
重点说一下这个图，这个介绍的是干扰的耦合途径，左边为传导干扰，右边为辐射干扰。
辐射分为远场和近场。
一般用蝶型天线辐射测量只测量电场，而不是磁场，磁场是用大圆环来测量的，灯具常用。
电场除了直接辐射到天线外，还可能辐射到地面再反射到天线，天线接受到的是直射波和反射波的矢量合成，所以需要上下移动寻找最大合成量。
除此以外，由于电磁波有极化，所以天线需要改变方向以检测最大值（一般只测试水平和垂直）。
LISN网络。
LISN网络是用来拾取噪音的。
差模噪音会在Line1--Line2之间流动，经过50欧姆电阻拾取。
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。
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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。
教你如何通俗理解开关电源EMI
蓝色： 正弦波
绿色： 三角波
红色： 方波
可以看到，正弦波只有基波分量，但是三角波和方波含有高次谐波，谐波最大的是方波。
也就是说如果电流或者电压波形，是非正弦波的信号，都能分解出高次谐波。
那么如果同样的方波，但是上升下降时间不同，会怎样呢。
2.切断传播途径
3.增强抵抗力，这个就是所谓的Eபைடு நூலகம்C（电磁兼容）
解释以下名词：
传导干扰：也就是噪音通过导线传递的方式。
辐射干扰：也就是噪音通过空间辐射的方式传递。
差模干扰：由于电路中的自身电势差，电流所产成的干扰，比如火线和零线，正极和负极。
共模干扰：由于电路和大地之间的电势差，电流所产生的干扰。
6.采用反向恢复好的二极管，二极管的反向恢复电流，不但会带来高di/dt.还会和漏感等寄生电感共同造成高的dv/dt.
但事实上，开关电源是EMI发射源无法根本解决。而且一些从源头抑制EMI的方法同时会降低效率，所以从传播途径来抑制EMI显得尤为重要。
下面来看一下传播途径，这个是poon & Pong 两位教授总结的传播途径，比较的直观全面 。
所以在测试干扰的时候，需要测试各种频率下的噪音强度。
那么在开关电源中，这些噪音的来源是什么呢？
开关电源中，由于开关器件在周期性的开合，所以，电路中的电流和电压也是周期性的在变化。那么那些变化的电流和电压，就是噪音的真正源头。那么有人可能会问，我的开关频率是100KHz的，但是为什么测试出来的噪音，从几百K到几百M都有呢？
3.适当降低开关速度，降低开关速度，可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt。对高频段的EMI有好处。
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
开关电源的EMI设计
图1：脉冲信号开关电源的EMI 设计摘要：本文从电路原理上分析了开关电源EMI 信号的特点及频率范围，并针对其传导发射和辐射发射提出一些抑制措施。
术语：开关电源，电磁干扰（EMI ），脉冲宽度调制（PWM ）一. 前言由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源有显著减少，而且对整机多项指标有良好影响，因此得到了广泛的应用。
近年来许多领域，如邮电通信、军用设备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源，取得了显著效益。
现在开关电源一般都采用了脉冲宽度调制（PWM ）技术，其特点是：频率高、效益高、功率密度高、可靠性高。
然而，由于开关电源工作在通断状态，会有很多快速瞬变过程，它本身就是一种EMI 源，它产生的EMI 信号有很宽的频率范围，又有一定的幅度。
若把这种电源直接用于数字设备，则设备产生的EMI 信号会变得更加强烈和复杂。
以下便从开关电源的工作原理出发，探讨其传导干扰抑制的EMI 滤波器的设计以及辐射发射的抑制。
本文主要参考的实例是微机的开关电源，其输出功率较小，对于大电流大功率的通讯设备电源，本文也有一定的参考价值，但具体实施时一定要考虑到通讯设备电源大电流大功率的特点，在元件的选择上要注意其额定电流及高频特性。
二. 开关电源产生EMI 信号的特点数字设备中的逻辑关系是用脉冲信号来表示。
为便于分析，把这种脉冲信号适当简化，可以图1所示的等腰梯形脉冲串表示。
根据傅里叶级数展开的方法，可以下式计算出脉冲串信号所有各谐波的电平：n=1、2、3…A n 脉冲中第n 次谐波的电平V 0 脉冲的电平T 脉冲串的周期T w 脉冲宽度T r 脉冲的上升时间和下降时间开关电源具有各式各样的电路形式，但它们的核心部分都是一个高电压、大电流的受控脉冲信号源，这一点是共同的，为便于分析，也可把该脉冲信号源的波形简化为图1中的等腰梯形脉冲串，并用上式来算出它的各次谐波电平。
假定某PWM 开关电源脉冲信号的主要参数为： V 0＝500V ，T ＝2×10－5S ，T w ＝10－5S ，T r ＝0.4×10－T T n TT n Sin T T n T T n Sin T T V A ww r r w n ππππ∙∙=026S，则其谐波电平如下图：电平（dBuV）16012080400.05 0.5 5 50 500 频率（MHz）图2：开关电源的谐波电平从EMI的观点来分析，图2中开关电源内脉冲信号产生的谐波电平，对于其它电子设备来说即是EMI信号。
为什么开关电源有EMI电磁干扰？
为什么开关电源有EMI电磁干扰？
电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。
因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。
所谓电磁干扰是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。
而所谓电磁干扰是指因电磁干扰而引起的设备或系统的性能下降。
EMC包括EMI（电磁干扰）及EMS（电磁耐受性）两部份，所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。
本文首先介绍了EMC的分类及标准，其次阐述了开关电源EMC干扰产生的原因，最后介绍了开关电源EMC过不了的主要原因，具体的一起来了解一下。
EMC的分类及标准
EMC（ElectromagneTIc CompaTIbility）是电磁兼容，它包括EMI（电磁骚扰）和EMS（电磁抗骚扰）。
EMC定义为：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何设备的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
EMC整的称呼为电磁兼容。
EMP是指电磁脉冲。
EMC = EMI + EMS EMI ：电磁干扰EMS ：电磁相容性（免疫力）
EMI可分为传导ConducTIon及辐射RadiaTIon两部分，Conduction规范一。
开关电源的输入emi 差模电感磁芯材料
开关电源的输入EMI差模电感磁芯材料引言开关电源是一种常见的电源应用，其设计和使用中需要考虑电磁干扰（EMI）的问题。
差模电感是开关电源中重要的组成部分，其磁芯材料的选择对EMI性能有着重要的影响。
本文将深入探讨开关电源的输入EMI差模电感磁芯材料的选择与应用。
差模电感的作用差模电感是开关电源中的滤波元件，主要作用有： 1. 过滤高频噪声：差模电感可以阻隔高频噪声，提高开关电源的抗干扰能力。
2. 平滑输出电流：差模电感能够减小开关电源输出的纹波电流，提高电源的稳定性和效率。
差模电感的结构和特点差模电感一般由磁芯、线圈和外壳组成。
其结构特点包括： 1. 磁芯材料：磁芯材料是差模电感的核心组成部分，决定了其电磁性能。
2. 线圈：线圈是差模电感的导电元件，同时也是差模电感电感值的决定因素。
3. 外壳：外壳对差模电感的屏蔽性能和机械强度有着重要影响。
磁芯材料的选择不同的磁芯材料具有不同的磁性能和电磁性能，对差模电感的EMI性能有着直接的影响。
常见的磁芯材料包括： 1. 铁氧体（Ferrite）：铁氧体是一种性能稳定、价格相对便宜的磁芯材料。
在高频范围内的磁导率较低，适用于高频开关电源的差模电感。
2. 铁氟龙氧体（Powder Iron）：铁氟龙氧体磁芯具有较高的饱和磁感应强度和磁导率，适用于高功率开关电源的差模电感。
3. 磁性不锈钢（MPP）：磁性不锈钢磁芯具有较高的饱和磁感应强度和磁导率，同时具有良好的磁滞特性和稳定的温度性能，适用于高性能开关电源的差模电感。
磁芯材料的性能参数对于差模电感的磁芯材料，我们需要关注以下几个重要的性能参数： 1. 饱和磁感应强度（Bs）：材料能承受的最大磁感应强度。
影响差模电感的磁能存储能力和工作点的选择。
2. 相对磁导率（μr）：材料相对于真空中的磁导率。
决定了磁芯中的磁感应强度和磁场能量的关系。
3. 硬磁饱和（Hcs）：材料达到饱和磁感应强度所需的磁场强度。
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滤波器原理与设计
02
EMI滤波器的工作原 理
EMI滤波器的电路组成
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。
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。
参数选择与Leabharlann 算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
EMI滤波器的频带宽度表示其 能够抑制的电磁波频率范围。 频带越窄，表示滤波器对电磁 波的抑制效果越集中；频带越 宽，表示滤波器对电磁波的抑 制效果越广泛。
EMI滤波器的耐压等级表示其 能够承受的最大电压。在选择 滤波器时，需要根据开关电源 的最大输出电压来确定耐压等 级。
03
EMI滤波器的设计方 法
方法
根据电源的特性，选择合 适的EMI滤波器器件，包 括电容器、电感器、二极 管等，进行电路设计。
结果
通过优化设计，有效地降 低了电源的电磁干扰，提 高了电源的稳定性和可靠 性。
案例二
1 2 3
背景
某复杂电路板在运行过程中出现了信号失真和噪 声干扰问题，需要进行EMI滤波器优化设计。
方法
对电路板进行电磁兼容性分析，找出电磁干扰的 主要来源，选择合适的EMI滤波器器件和电路拓 扑结构，进行优化设计。
VS
开关电源原理及EMI介绍
开关电源原理一、开关电源的电路组成：开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM 控制器电路、输出整流滤波电路组成。
辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。
开关电源的电路组成方框图如下：二、输入电路的原理及常见电路：1、AC输入整流滤波电路原理：① 防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。
当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。
② 输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。
因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。
③ 整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。
若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。
2、 DC输入滤波电路原理：① 输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。
② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。
在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。
当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。
如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。
开关电源产生EMI的原理
开关电源产生EMI的原理开关电源产生EMI的原因较多,其中由基本整流器产生的电流高次谐波干扰和变压器型功率转换电路产生的尖峰电压干扰是主要原因.基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因.这是因为正弦波电源通过整流器后变成单向脉动电源已不再是单一频率的电流,此电流波可分解为一直流分量和一系列频率不同的交流分量之和.实验结果表明,谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰,一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变,另一方面通过电源线产生射频干扰.变压器型功率转换电路用以实现变压、变频以及完成输出电压调整,是开关稳压电源的核心,主要由开关管和高频变压器组成.它产生的尖峰电压是一种有较大幅度的窄脉冲,其频带较宽且谐波比较丰富.产生这种脉冲干扰的主要原因是:(1)开关功率晶体管感性负载是高频变压器或储能电感在开关管导通的瞬间,变压器初级出现很大的涌流,将造成尖峰噪声.这个尖峰噪声实际上是尖脉冲,轻者造成干扰,重者有可能击穿开关管.(2)由高频变压器产生的干扰当原来导通的开关管关断时,变压器的漏感所产生的反电势E=-Ldi/dt其值与集电极的电流变化率(di/dt)成正比,与漏感量成正比,叠加在关断电压上,形成关断电压尖峰,形成传导性电磁干扰,既影响变压器的初级,还会传导向配电系统,影响其它用电设备的安全和经济运行.(3)由输出整流二极管产生的干扰在输出整流二极管截止时,有一个反向电流,它恢复到零点的时间与结电容等因素有关.其中能将反向电流迅速恢复到零点的二级管称为硬恢复特性二极管,这种二极管在变压器漏感和其它分布参数的影响下,将产生较强的高频干扰,其频率可达几十MHz.对上述开关电源产生的EMI所采取的抑制措施,主要有正确选择半导体器件、变压器铁芯材料和在开关电源的电路中采取屏蔽、接地、滤波等几种方法.最近搞这个无桥电路,EMI问题实在是严重,只能理论上分析解决的措施了.。
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
开关电源产生电磁干扰(EMI)的原因
功率开关器件的高额开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(EMI)的主要原因。
开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量，另一方面也导致了更为严重的EMI问题。
开关电源工作时，其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的，因此，开关电源本身是一个噪声发生源。
开关电源产生的干扰，按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。
使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源，或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。
现在按噪声干扰源来分别说明：1、二极管的反向恢复时间引起的干扰交流输入电压经功率二极管整流桥变为正弦脉动电压，经电容平滑后变为直流，但电容电流的波形不是正弦波而是脉冲波。
由电流波形可知，电流中含有高次谐波。
大量电流谐波分量流入电网，造成对电网的谐波污染。
另外，由于电流是脉冲波，使电源输入功率因数降低。
高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过，在其受反偏电压而转向截止时，由于PN结中有较多的载流子积累，因而在载流子消失之前的一段时间里，电流会反向流动，致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。
2、开关管工作时产生的谐波干扰功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。
例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。
当采用零电流、零电压开关时,这种谐波干扰将会很小。
另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。
3、交流输入回路产生的干扰无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。
开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量，通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰；而谐波和寄生振荡的能量，通过输入输出线传播时，都会在空间产生电场和磁场。
这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。
电源中emi产生的原理
电源中emi产生的原理
电源中电磁干扰(EMI)产生的原理可以归结为以下几个方面：
1. 开关元件的开关过程：在切换开关电源中的开关元件(如MOSFET、IGBT等)时，会产生高频电流和电压的开关过程。
这种高频开关产生的瞬态电流和电压变化会引起电磁辐射，并产生电磁波导致EMI。
2. 整流过程：开关电源的输入端通常包括整流电路，用于将交流电转换成直流电。
整流过程会产生短脉冲的电流和电压变化，这些变化同样会引起电磁辐射并产生电磁波。
3. 变压器和电感器：在开关电源中，变压器和电感器用于实现电压和电流的转换。
这些元件在工作过程中会产生磁场，当磁场发生变化时，会在周围产生电磁波，并引起EMI。
4. 共模和差模噪音：在电源的接地线和电源线之间存在共模噪音和差模噪音。
共模噪音是指电源线和接地线上同时出现的噪音，而差模噪音是指电源线和接地线之间的差分噪音。
这些噪音可以通过电源线辐射出去，形成EMI。
为了减少电源中的EMI产生，可以采取以下措施：
1. 使用滤波器：在电源输入端和输出端加入滤波器，可以有效地减少高频噪音
的传输，并降低EMI。
2. 选择合适的元件：选择低EMI的开关元件、变压器和电感器等元件，以减少EMI的产生。
3. 确保良好的接地：良好的接地可以有效地屏蔽EMI，并减少共模和差模噪音的传输。
4. 使用屏蔽材料：在设计电源时，可以使用屏蔽材料覆盖电路板或部分电源元件，以防止EMI的辐射和传播。
总之，电源中的EMI产生是由于开关元件的开关过程、整流过程、变压器和电感器的工作以及共模和差模噪音引起的。
通过合适的措施和材料选择，可以有效地减少EMI的产生。
设计开关电源的EMI滤波器
开关电源应用最为广泛，但EMI最为严重。
开关电源EMI主要来源：其一：在整流环节中，由于滤波电容器容量很大，整流管仅在交流电压峰值附近导通，此时电容器流经较大的充电尖峰电流，产生了丰富的谐量分量；其二：由于DC/DC变换器开关频率在几十KHZ至几百KHZ之间，开关管电流含有丰富的谐波分量，而且是开关电源主要电磁干扰源。
由于开关电源EMI主要是传导干扰，采用滤波器来抑制是最主要的手段。
EMI滤波器设计与一般信号滤波器设计完全不同，必须采取特殊设计方法。
本文采用完全有别于信号滤波器的设计方法，采用“三点频率法”设计了双级LC滤波器，滤波器效果令人满意。
1 滤波器设计双级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“ Γ”型结构，最简单的双“ Γ”型LC网络如图2所示。
其频域传递函数为图2 双级LC网络由于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，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：由于LC网络谐振时，会产生很大的电流（压）峰值，这个网络有3个频率点的谐振峰值是必须限制，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：第二级滤波器的谐振频率：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：元件参数选取方法讨论如下：为了限制1 f 点的谐振峰值，要求插入衰减20logH1＝20logC1/C2＜0，即C1/C2＜0。
根据经验，它们的比值范围为C1/C2＝0.1～0.5 （7）为了限制f2点的谐振峰值，同理选取L1/L2＝0.1～0.5 （8）为了限制f 点的谐振峰值，要求20logH3＝－20～－150dB，即H3＝0.1～0.5 （9）元件参数选取步骤归纳如下：（1）由(7)～(9)式确定了比值，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(9)式，就可以确定另一个独立参数。
电源上的EMI滤波电路是什么？
电源上的EMI滤波电路是什么？首先介绍一下开关电源的整体架构，你就会明白EMI滤波电路在整体电路里的作用。
EMI滤波电路就是图中滤波器和浪涌抑制器中的部分电路，它处于电源输入后的首个干扰处理电路，可以说是非常重要。
一个产品安规过不过得了，EMI滤波电路的性能好坏可是占了大头。
一、为什么要有EMI滤波电路呢？其实在开头介绍的时候已经简单提到过，就是要处理干扰。
电源的电磁干扰主要是电源噪声，电源噪声属于射频干扰（RFI）。
根据传播方向的不同，电源噪声分为：一类是外部通过电源线产生的对电子设备的干扰；另一类是电子设备经电源线传出去对外部造成的干扰。
这说明电源噪声属于双向干扰信号。
电子设备既是噪声干扰对象，又是一个噪声源。
根据形成特点的不同，电源噪声分为串模干扰和共模干扰。
串模干扰是指两条电源线（线对线）之间的噪声，共模干扰是指两条电源线对大地的噪声。
二、EMI滤波电路要求电源需要有EMI滤波电路对以上噪声进行处理，而此电路需要满足下列要求。
首先EMI滤波器必须满足电磁兼容性（EMC）的要求，也必须是双向射频滤波器。
一方面要滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面要避免本身设备对外辐射噪声干扰影响其它电子产品。
此外应该具有对串模干扰和共模干扰的抑制能力。
三、EMI滤波电路构成EMI滤波器是由电容器和电感器等简单元件构成。
如下图所示，其电路包括共模扼流圈（也称共模电感）L1，滤波电容C1~C4，串模扼流圈L2（也称串模电感）。
L1对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，对共模信号有很大的阻抗，使其不易通过。
而L2则对共模干扰起作用。
C1和C4采用薄膜电容器，容值范围大概在0.01~0.47uF,主要用来滤除串模干扰；C2和C3跨接在输出端，并将电容器的中点接大地，能有效抑制共模干扰，容值范围在2200pF~0.1uF，为减小漏电流，电容器不宜超过0.1uF,C1~C4的耐压值为DC630V 或AC250V。
浅谈开关电源的EMI的相关问题
浅谈开关电源的EMI的相关问题
关于开关电源的的EMI
在开关电源中，EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显着的作用。
高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。
在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。
同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。
从已发表的开关电源论文可知，在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，传导干扰还会注入电网，干扰接入电网的其他设备。
减少传导干扰的方法有很多，诸如合理铺设地线，采取星型铺地，避免环形地线，尽可能减少公共阻抗;设计合理的缓冲电路;减少电路杂散电容等。
除此之外，可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。
EMI干骚扰通常难以精确描述，滤波器的工业设计通常是通过反复迭代，计算制作以求逐步逼近设计要求。
1. 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。
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教你如何通俗理解开关电源EMI
解释以下名词：
传导干扰：也就是噪音通过导线传递的方式。
辐射干扰：也就是噪音通过空间辐射的方式传递。
差模干扰：由于电路中的自身电势差，电流所产成的干扰，比如火线和零线，正极和负极。
共模干扰：由于电路和大地之间的电势差，电流所产生的干扰。
通常我们去实验室测试的项目：
传导发射：测试你的电源通过传导发射出去的干扰是否合格。
辐射发射：测试你的电源通过辐射发射出去的干扰是否合格。
传导抗扰：在具有传导干扰的环境中，你的电源能否正常工作。
辐射抗扰：在具有辐射干扰的环境中，你的电源能否正常工作。
首先来看，噪音的源头：
任何周期性的电压和电流都能通过傅立叶分解的方法，分解为各种频率的正弦波。
所以在测试干扰的时候，需要测试各种频率下的噪音强度。
那么在开关电源中，这些噪音的来源是什么呢？
开关电源中，由于开关器件在周期性的开合，所以，电路中的电流和电压也是周期性的在变化。
那么那些变化的电流和电压，就是噪音的真正源头。
那么有人可能会问，我的开关频率是100KHz的，但是为什么测试出来的噪音，从几百K 到几百M都有呢？
我们把同等有效值，同等频率的各种波形做快速傅立叶分析：
蓝色：正弦波
绿色：三角波
红色：方波
可以看到，正弦波只有基波分量，但是三角波和方波含有高次谐波，谐波最大的是方波。
也就是说如果电流或者电压波形，是非正弦波的信号，都能分解出高次谐波。
那么如果同样的方波，但是上升下降时间不同，会怎样呢。
同样是100KHz的方波
红色：上升下降时间都为100ns
绿色：上升下降时间都为500ns
可以看到红色的高次谐波明显大于绿色。
我们继续分析下面两种波形，
A: 有严重高频震荡的方波，比如MOS，二极管上的电压波形。
B:用吸收电路，把方波的高频振荡吸收一下。
分别做快速傅立叶分析：
可以看到在振荡频率（大概30M）之后，A波形的谐波，要大于B波形。
再来看，下面的波形，一个是具有导通尖峰的电流波形，一个没有导通尖峰。
对两个波形做傅立叶分析：
可以看到红色波形的高次谐波，要大于绿色波形，继续对两个波形，作分析红色: 固定频率的信号，绿色：具有稍微频率抖动的信号
可以看到，频率抖动，可以降低低频段能量。
进一步，放大低频段的频谱能量：
可以看到，频率抖动就是把频谱能量分散了，而固定频率的频谱能量，集中在基波的谐波频率点，所以峰值比较高，容易超标。
最后稍微总结一下，如果从源头来抑制EMI。
1.对于开关频率的选择，比如传导测试150K-30M,那么在条件容许的情况下，可选择130K之类的开关频率，这样基波频率可以避开测试。
2.采用频率抖动的技术。
频率抖动可以分散能量，对低频段的EMI有好处。
3.适当降低开关速度，降低开关速度，可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt。
对高频段的EMI有好处。
4.采用软开关技术，比如PSFB，AHB之类的ZVS可以降低开关时刻的
di/dt,dv/dt。
对高频段的EMI有好处。
而LLC等谐振技术，可以让一些波形变成正弦波，进一步降低EMI。
5.对一些振荡尖峰做吸收，这些管子上的振荡，往往频率很高，会发射很大的EMI.
6.采用反向恢复好的二极管，二极管的反向恢复电流，不但会带来高di/dt.还会和漏感等寄生电感共同造成高的dv/dt.
但事实上，开关电源是EMI发射源无法根本解决。
而且一些从源头抑制EMI的方法同时会降低效率，所以从传播途径来抑制EMI显得尤为重要。
下面来看一下传播途径，这个是poon & Pong 两位教授总结的传播途径，比较的直观全面。
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