开关电源EMI滤波器原理与设计研究
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。
EMI 滤 波 器 原 理 与 设 计 方 法 详 解
EMI 滤 波 器 原 理 与 设 计 方 法 详 解输入端差模电感的选择输入端差模电感的选择：：1. 差模choke 置于L 线或N 线上，同时与XCAP 共同作用F=1 / (2*π* L*C)2. 波器振荡频率要低于电源供给器的工作频率，一般要低于10kHz 。
3. L = N2AL （nH/N2）nH4. N = [L （nH ）/AL(nH/N2)]1/2匝5. AL = L （nH ）/ N2nH/N26. W =（NI ）2AL / 2000µJ输入端共模电感的选择输入端共模电感的选择：：共模电感为EMI 防制零件，主要影响Conduction 的中、低频段，设计时必须同时考虑EMI 特性及温升，以同样尺寸的Common Choke 而言，线圈数愈多(相对的线径愈细)，EMI 防制效果愈好，但温升可能较高。
传导干扰频率范围为0.15～30MHz ，电场辐射干扰频率范围为30～100MHz 。
开关电源所产生的干扰以共模干扰为主。
产生辐射干扰的主要元器件除了开关管和高频整流二极管还有脉冲变压器及滤波电感等。
注意：1. 避免电流过大而造成饱和。
2．Choke 温度系数要小，对高频阻抗要大。
3．感应电感要大，分布电容要小。
4．直流电阻要小。
B = L * I / (N * A) (B shall be less than 0.3)L = Choke inductance. I = Maximum current through choke. N = Number of turns on choke.A = Effective area of choke. (for drum core, can approximate with cross section area of center pole.)假设在50KHZ 有24DB 的衰减则，共模截止频率Fc = Fs*10Att/4 0 = 50*10-24/40=12.6KHZ 电感值L= (RL*0.707)/(∏*Fc) = (500.707)/(3.14*12.6) = 893uH使用磁芯和磁棒作滤波电感时应注意自身的阻抗，对于共模电感不能使用低阻抗的磁芯和磁棒，否则会造成炸机现象。
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
EMI滤波器的设计原理
EMI滤波器的设计原理2008-06-04 19:17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。
1 电磁干扰滤波器的构造原理及应用1.1 构造原理电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz～30MHz，最高可达150MHz。
根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰，另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。
这表明噪声属于双向干扰信号，电子设备既是噪声干扰的对象，又是一个噪声源。
若从形成特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。
串模干扰是两条电源线之间（简称线对线）的噪声。
共模干扰则是两条电源线对大地（简称线对地）的噪声。
因此，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性（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，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。
此外，电磁干扰滤波器就对串模、共模干扰都起到抑制作用.1.2 基本电路及其典型应用电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。
该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应接通大地。
电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感）L、滤波电容C1～C4。
L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，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。
它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。
L的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关，参见表1。
需要指出，当额定电流较大时，共模扼流圈的线径也要相应增大，以便能承受较大的电流。
此外，适当增加电感量，可改善低频衰减特性。
EMI滤波器的设计原理分析
EMI滤波器的设计原理分析随着电子设备、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及，电网噪声干扰日益严重并形成一种公害。
特别是瞬态噪声干扰，其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高(几百伏至几千伏)、随机性强，对微机和数字电路易产生严重干扰，常使人防不胜防，这已引起国内外电子界的高度重视。
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。
1 电磁干扰滤波器的构造原理及应用1.11 构造原理电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz~30MHz，最高可达150MHz。
根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰，另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。
这表明噪声属于双向干扰信号，电子设备既是噪声干扰的对象，又是一个噪声源。
若从形成特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。
串模干扰是两条电源线之间(简称线对线)的噪声，共模干扰则是两条电源线对大地(简称线对地)的噪声。
因此，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性(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，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。
此外，电磁干扰滤波器应对串模、共模干扰都起到抑制作用。
1.2 基本电路及典型应用电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。
该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应接通大地。
电路中包括共模扼流圈(亦称共模电感)L、滤波电容C1~C4。
Ｌ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，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。
它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。
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。
EMI滤波器的设计原理及参数计算方法
EMI滤波器的设计原理随着电子设备、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及，电网噪声干扰日益严重并形成一种公害。
特别是瞬态噪声干扰，其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高(几百伏至几千伏)、随机性强，对微机和数字电路易产生严重干扰，常使人防不胜防，这已引起国内外电子界的高度重视。
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。
1 电磁干扰滤波器的构造原理及应用1.11 构造原理电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz~30MHz，最高可达150MHz。
根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰，另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。
这表明噪声属于双向干扰信号，电子设备既是噪声干扰的对象，又是一个噪声源。
若从形成特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。
串模干扰是两条电源线之间(简称线对线)的噪声，共模干扰则是两条电源线对大地(简称线对地)的噪声。
因此，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性(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，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。
此外，电磁干扰滤波器应对串模、共模干扰都起到抑制作用。
1.2 基本电路及典型应用电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。
该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应接通大地。
电路中包括共模扼流圈(亦称共模电感)L、滤波电容C1~C4。
Ｌ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，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。
它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。
EMI滤波器电路原理及设计
EMI滤波器电路原理及设计引言开关电源以其体积小、重量轻、效率高等优点被广泛应用于电力电子设备系统中，但是开关电源易受到电磁干扰，产生误动作，且本身的高频信号也会引起大量的噪声，会污染电网环境，干扰同一电网其他电子设备的正常工作。
这样就对EMC提出了更高的要求指标。
分类：开关电源中的电磁干扰（EMI）主要有传导干扰和辐射干扰。
通过正确的屏蔽和接地系统设计可以得到有效的控制，对于传导干扰来说，加装EMI滤波器，是一种比较经济有效的措施，辐射干扰的抑制可以通过加装变压器屏蔽铜片。
EMI滤波器介绍开关电源与交流电网相连，尽管开关电源是一个单端口网络，但具有相线（L），零线（N），地线（E）的开关电源实际上形成了两个AC端口，所以噪声源在实际分析中可以将其分解为共模和差模噪声源。
火线（L）与零线（N）之间的干扰叫做差模干扰（属于对称性干扰），火线（L）与地线（E）之间的干扰叫做共模干扰（非对称性干扰）。
在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。
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。
1.开关电源的EMI干扰源开关电源的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。
（1）功率开关管功率开关管工作在On-O ff快速循环转换的状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。
（2）高频变压器高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。
（3）整流二极管整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上，反向恢复电流的断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高 dv/dt，从而导致强电磁干扰。
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
EMI电源滤波器的原理与分析
IL二 1019(pt ) 用2
其中: IL为插入损耗, P ,和P Z为
流圈L 是一个双重缠绕的环形电感 , 其磁芯一般采用低损耗 高导磁率 频率特性好的铁氧体材料 共模扼流 圈对差模干扰不起作用 共模干扰
接入滤波器前后从噪声源传输到负载
的功率 若负载阻抗在接入滤波器前后始
终不变 , 则
p l二 1 2 U 21
sour e t Pes a nd r ason s,est blshes a t Pi c y e a i y ealm od elof E M Ifit r , a nd t n ana l le s he yzes t e h
d e s ig n m e e h a n i m o f fil r a n d strue tu r P a ra m e te r s e le e tio n P r b le m . O n th i b a s is , th e s te e s o s in s 6 r io n !0 5 5 O f E M I fil r 15 S im u ls t6 d s n d s n a liz e d . t te K e y w o 闭 s : E l e tr m a g n e tie in te r e r n e e e o f e F il r te In s e r io n L o s s t
干扰和 差模干扰来表示 , 由于共模和
3 .2 插入损耗仿真及测试
软件仿真的目的是得出E M I 电 源滤波器的频率特性 , 验证 电路参 数能否使滤波器达到预期的效果
但是 由于电感和电容高频分步参数的 不确定性 用于制作共模扼流 圈的软 受力
差模两种传导噪声的来源不同, 传导
议开关电源EMI滤波器原理与设计
议开关电源EMI滤波器的原理与设计【摘要】很多控制电磁干扰(emi)的实验证明，emi滤波器能有效地抑制电子设备电源线上存在的传导干扰信号电平，并能减小设备的电场辐射千扰信号电平。
若电子设备正确地安装上合适的emi 滤波器，它既能大大衰减电子设备产生的经电源线溢出的emi信号，又能十分有效地抑制经电源线传往电子设备的各类emi信号。
基于此，本文对开关电源emi滤波器的原理与设计进行了研究。
【关键词】开关电源emi滤波器原理设计中图分类号： tm643 文献标识码： a 文章编号：开关电源的特点是频率高、效率高、功率密度高和可靠性高。
然而由于其开关器件工作在高频通断状态，使得电磁干扰非常严重。
防电磁干扰主要有三项措施，即屏蔽、滤波和接地。
往往单纯采用屏蔽不能提供完整的电磁干扰防护，唯一的措施就是增加滤波器，来切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完美的电磁干扰防护。
开关电源emi滤波器的原理1、开关电源的电磁干扰源(1)开关管产生干扰。
开关管导通时由于开通时间很短及回路中存在引线电感，将产生较大的du／dt和较高的尖峰电压。
开关管关断时间很短，也将产生较大的di／dt和较高的尖峰电流，其频带较宽而且谐波丰富，通过开关管的输入输出线传播出去形成传导干扰；(2)整流二极管反向恢复电流引起的噪声干扰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，对其他器件产生干扰。
二级滤波二极管由导通到关断时存在一个反向恢复时间。
因而，在反向恢复过程中由于二极管封装电感及引线电感的存在，将产生一个反向电压尖峰，同时产生反向恢复尖峰电流，形成干扰源；高频变压器引起emi问题隔离变压器初、次级之间存在寄生电容，这样高频干扰信号很容易通过寄生电容耦合到次级电路，同时由于绕制工艺问题在初、次级出现漏感将产生电磁辐射干扰。
另外，功率变压器电感线圈中流过脉冲电流而产生电磁辐射，而且在负载切换时会形成电压尖峰；2、干扰信号频段分析当开关电源的谐波电平在高频段(频率范围30mhz以上)时，表现为辐射干扰，而当开关电源的谐波电平在低频段(频率范围0.15 mhz～30 mhz)表现为传导干扰。
EMC滤波电路的原理与设计---整理【WENDA】..
第一章开关电源电路—EMI滤波电路原理滤波原理：阻抗失配；作为电感器就是低通（更低的频率甚至直流能通过）高阻（超过一定频率后就隔断住难于通过）（或者是损耗成热消散掉），因此电感器滤波靠的是阻抗Z=(R^2+(2ΠfL)^2)^1/2。
也就是分成两个部分，一个是R涡流损耗，频率越高越大，直接把杂波转换成热消耗掉，这种滤波最干净彻底；一个是2ΠfL 这部分是通过电感量产生的阻挡作用，把其阻挡住。
实际都是两者的结合。
但是要看你要滤除的杂波的频率，选择合适的阻抗曲线。
因为电感器是有截止频率的，超过这个频率就变成容性，也就失去电感器的基本特性了，而这个截止频率和磁性材料的特性和分布电容关系最大，因此要滤波更高的频率的干扰，就需要更低的磁导率，更低的分布电容。
因此一般我们滤除几百K以下的共模干扰，一般使用非晶做共模电感器，或者10KHZ以上的高导铁氧体来做，这样主要使用阻抗的WL这一方面的特性，主要发挥阻挡作用。
电感器滤波器是通过串联在电路里实现。
撒旦谁打死多少次顺风车安顺场。
因此：共模滤波电感器不是电感量越大越好主要看你要滤除的共模干扰的频率范围。
先说一下共模电感器滤波原理共模电感器对共模干扰信号的衰减或者说滤除有两个原理,一是靠感抗的阻挡作用,但是到高频电感量没有了，然后靠的是磁心的损耗吸收作用;他们的综合效果是滤波的真实效果。
当然在低频段靠的是电感量产生的感抗.同样的电感器磁心材料绕制成的电感器,随着电感量的增加,Z阻抗与频率曲线变化的趋势是随着你绕制的电感器的电感量的增加,Z 阻抗峰值电时的频率就会下降,也就是说电感量越高所能滤除的共模干扰的频率越低,换句话说对低频共模干扰的滤除效果越好,对高频共模信号的滤除效果越差甚至不起作用。
这就是为什么有的滤波器使用两级滤波共模电感器的原因一级是用低磁导率(磁导率7K以下铁氧体材料甚至可以使用1000的NiZn材料) 材料作成共模滤波电感器,滤出几十MHz或更高频段的共模干扰信号,另一级采用高导磁材料(如磁导率10000\15000的铁氧体材料或着非晶体材料)来滤除1MHz以下或者几百kHz的共模干扰信号。
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。
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。
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开关电源EMI滤波器原理与设计研究开关电源EMI滤波器原理与设计研究魏应冬，吴燮华(浙江大学电气工程学院，浙江杭州 310027）摘要：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著的作用。
在研究滤波器原理的基础上，探讨了一种对共模、差模信号进行独立分析，分别建模的方法，最后基于此提出了一种EMI滤波器的设计程序。
关键词：开关电源；EMI滤波器；共模；差模0 引言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骚扰通常难以精确描述，滤波器的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。
本文从EMI滤波原理入手，分别通过对其共模和差模噪声模型的分析，给出实际工作中设计滤波器的方法，并分步骤给出设计实例。
1 EMI滤波器设计原理在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的d v/d t和d i/d t，因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号，其频率范围从开关工作频率到几MHz。
所以，传导型电磁环境（EME）的测量，正如很多国际和国家标准所规定，频率范围在0.15～30MHz。
设计EMI滤波器，就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。
基于上述标准，通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理范围内即可。
在数字信号处理领域普遍认同的低通滤波器概念同样适用于电力电子装置中。
简言之，EMI滤波器设计可以理解为要满足以下要求：1）规定要求的阻带频率和阻带衰减；（满足某一特定频率f stop有需要H stop的衰减）；2）对电网频率低衰减（满足规定的通带频率和通带低衰减）；3）低成本。
1.1 常用低通滤波器模型EMI滤波器通常置于开关电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波器。
如图1所示，噪声源等效阻抗为Z source、电网等效阻抗为Z sink。
滤波器指标（f stop和H）可以由一阶、二阶或三阶低通滤波器实现，滤波器传递函数的计算通常在高频下近似，也stop就是说对于n阶滤波器，忽略所有ωk相关项（当k<n），只取含ωn相关项。
表1列出了几种常见的滤波器拓扑及其传递函数。
特别要注意的是要考虑输入、输出阻抗不匹配给滤波特性带来的影响。
图1 滤波器设计等效电路表1 几种滤波器模型及传递函数1.2 EMI滤波器等效电路传导型EMI噪声包含共模（CM）噪声和差模(DM)噪声两种。
共模噪声存在于所有交流相线(L、N)和共模地(E)之间，其产生来源被认为是两电气回路之间绝缘泄漏电流以及电磁场耦合等；差模噪声存在于交流相线(L、N)之间，产生来源是脉动电流，开关器件的振铃电流以及二极管的反向恢复特性。
这两种模式的传导噪声来源不同，传导途径也不同，因而共模滤波器和差模滤波器应当分别设计。
显然，针对两种不同模式的传导噪声，将其分离并分别测量出实际水平是十分必要的，这将有利于确定那种模式的噪声占主要部分，并相应地体现在对应的滤波器设计过程中，实现参数优化。
在文献[6]和[7]中，提供了两种用于区分共模和差模噪声的噪声分离器，他们能有选择地对共模或差模噪声至少衰减50dB，因而可有效地测量出共模和差模成分。
分离器的原理和使用超出了本文的讨论范围，详细内容可见参考文献[6]和[7]。
以一种常用的滤波器拓扑〔图2(a)〕为例，分别对共模、差模噪声滤波器等效电路进行分析。
图2(b)及图2(c)分别代表滤波器共模衰减和差模衰减等效电路。
分析电路可知，C x1和C x2只用于抑制差模噪声，理想的共模扼流电感L C只用于抑制共模噪声。
但是，由于实际的L C绕制的不对称，在两组L C之间存在有漏感L g也可用于抑制差模噪声。
C y即可抑制共模干扰、又可抑制差模噪声，只是由于差模抑制电容C x2远大于C y，C y对差模抑制可忽略不计。
同样，L D既可抑制共模干扰、又可抑制差模干扰，但L D远小于L C，因而对共模噪声抑制作用也相对很小。
（a）常用的滤波器拓扑（b）共模衰减等效电路（c）差模衰减等效电路图2 一种常用的滤波器拓扑由表1和图2可以推出，对于共模等效电路，滤波器模型为一个二阶LC型低通滤波器，将等效共模电感记为L CM，等效共模电容记为C CM，则有L=L C＋L D（1）CMC=2C y（2）CM对于差模等效电路，滤波器模型为一个三阶CLC型低通滤波器,将等效差模电感记为L DM，等效差模电容记为C DM（令C x1=C x2且认为C y/2<<C x2），则有L=2L D＋L g（3）DMC=C x1=C x2（4）DML型滤波器截止频率计算公式为Cf=（5）R,CM将式（1）及式（2）代入式（5），则有f=≈（L C>>L D）（6）R,CMCLC型滤波器截止频率计算公式为f=（7）R,DM将式（3）及式（4）代入式（7），则有f=（8）R,DM在噪声源阻抗和电网阻抗均确定，且相互匹配的情况下，EMI滤波器对共模和差模噪声的抑制作用，如图3所示。
图3 滤波器差模与共模衰减2 设计EMI滤波器的实际方法2.1 设计中的几点考虑EMI滤波器的效果不但依赖于其自身，还与噪声源阻抗及电网阻抗有关。
电网阻抗Z sink 通常利用静态阻抗补偿网络(LISN)来校正，接在滤波器与电网之间，包括电感、电容和一个50Ω电阻，从而保证电网阻抗可由已知标准求出。
而EMI源阻抗则取决于不同的变换器拓扑形式。
以典型的反激式开关电源为例，如图4（a）所示，其全桥整流电路电流为断续状态，电流电压波形如图5所示。
对于共模噪声，图4(b)所示Z source可以看作一个电流源I S和一个高阻抗Z并联；图4(c)中对于差模噪声，取决于整流桥二极管通断情况，Z source有两种状态：当其中任P意两只二极管导通时，Z source等效为一个电压源V S与一个低值阻抗Z S串连；当二极管全部截止时，等效为一个电流源I S和一个高阻抗Z P并联。
因而噪声源差模等效阻抗Z source以2倍工频频率在上述两种状态切换[2]。
（a）典型反激式开关电源（b）共模噪声源等效电路（c）差模噪声源等效电路图4 典型反激式开关电源及其噪声源等效电路图5 电源输入端电压、电流波形在前述设计过程中，EMI滤波器元件（电感、电容）均被看作是理想的。
然而由于实际元件存在寄生参数，比如电容的寄生电感，电感间的寄生电容，以及PCB板布线存在的寄生参数，实际的高频特性往往与理想元件仿真有较大的差异。
这涉及到EMC高频建模等诸多问题，模型的参数往往较难确定，所以，本文仅考虑EMI滤波器的低频抑制特性，而高频建模可参看文献[8]等。
故Z S及Z P取值与这些寄生电容、电感以及整流桥等效电容等寄生参数有关，直接采用根据电路拓扑及参数建模的方案求解源阻抗难以实现，因而，在设计中往往采用实际测量Z source。
2.2 实际设计步骤EMI滤波器设计往往要求在实现抑制噪声的同时，自身体积要尽可能小，成本要尽可能低廉。
同时，滤波效果也取决于实际的噪声水平的高低，分析共模和差模噪声的干扰权重，为此，在设计前要求确定以下参量，以实现设计的优化。
1）测量干扰源等效阻抗Z source和电网等效阻抗。
实际过程中往往是依靠理论和经验的指导，先作出电源的PCB板，这是因为共模、差模的噪声源和干扰途径互不相同，电路板走线的微小差异都可能导致很大EME变化。
2）测量出未加滤波器前的干扰噪声频谱，并利用噪声分离器将共模噪声V MEASUREE,CM和差模噪声V measure,CM分离，做出相应的干扰频谱。
接着就可以进行实际的设计了，仍以本文中提出的滤波器模型为例，步骤如下。
（1）依照式（9）计算滤波器所需要的共模、差模衰减，并做出曲线V measure，CM－f和V measure，－f，其中V measure，CM和V measure，DM已经测得，V standard，CM和V standard，DM可参照传导EMI干扰国标设定。
加DM上3dB的原因在于用噪音分离器的测量值比实际值要大3dB。
(V req,CM)dB=(V measure,CM)－(V standard,CM)＋3dB(V req,DM)dB=(V measure,DM)－(V standard,DM)＋3dB（9）（2）由图3可知，斜率分别为40dB/dec和60dB/dec的两条斜线与频率轴的交点即为f和f R，DM。
作V measure，CM－f和V measure，DM－f的切线，切线斜率分别为40dB/dec和60dB/dec，比较R,CM可知，只要测量他们与频率轴的交点，即可得出f R,CM和f R，DM，图6所示为其示意图。
（a）实线为共模目标衰减；虚线为斜率为40dB/dec切线（b）实线为差模目标衰减；虚线为斜率为60dB/dec切线图6f R,DM与f R,CM的确定（3）滤波器元件参数设计——共模参数的选取C y接在相线和大地之间，该电容器容量过大将会造成漏电流过大，安全性降低。
对漏电流要求越小越好，安全标准通常为几百μA到几mA。
EMI对地漏电流I y计算公式为I=2πfCV c（10）y式中：f为电网频率。
在本例中，V c是电容C y上的压降，f=50Hz，C=2C y，V c=220/2=110V，则C=（11）y若设定对地漏电流为0.15mA，可求得C y≈2200pF。
将C y代入步骤（2）中求得f R,CM值，再将f R,CM 代入式（6）中可得L=（12）c——差模参数选取由式（8）可知，C x1，C x2，以及L D的选取没有唯一解，允许设计者有一定的自由度。
由图2可知，共模电感L c的漏感L g也可抑制差模噪声，有时为了简化滤波器，也可以省去L D。
经验表明，漏感L g量值多为L c量值的0.5％～2％。
L g可实测获得。
此时，相应地C x1、C cx2值要更大。