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。因此首先要确认你要滤除共模干扰的频率范围然后再选择合适的滤波电感器材料.

电容的阻抗是Z=-1/2ΠfL那么也就是频率越高阻抗绝对值越小，那么就是高通低阻，就是频率越高越能通过，所以电容滤波是旁路，也就是采用并联方式，把高频的干扰通过电容旁路给疏导回去。

开关电源产生的共模噪声频率范围从10kHz～50MHz 甚至更高，为了对这些噪声有效的衰减，那么在这个频率范围内，共模电感器就必须提供足够高的阻抗。因此高磁导率的锰锌铁氧体和非晶材料是非常适合的。共模电感器的阻抗Zs 由串联感抗Xs 和串联电阻Rs 两部分组成。

从图中我们可以看出在750kHz 以下，Xs 在Zs 中占主要部分，750kHz 以上Rs 在Zs中占主要部分。对于抑制共模噪声的电感器，需要在一个磁芯上绕制两组电流方向相反的导线，并使用高磁导率的磁芯，如磁导率为5k、7k、10k、12k、15k 材料和非晶磁芯等。

II-22(双极滤波)电路举例说明

L1、L2为差模电感；L3为共模电感；Cx1、Cx2为线间电容；

Cy1、Cy2为对地电容；R为泄放电阻

1.线间电容

线间电容，在滤波电路中，跨接在相线之间，用于滤除差模干扰信号在交流电路中通常选用安规等级为X2的薄膜电容，常用型号如下表。在直流电路中，可根据电路实际工作电压，选用相应额定电压的薄膜电容。（安规电容）

2.对地电容

在交流电路中通常选用安规等级为Y2的瓷片电容，常用型号如下表。在直流电路中，可根据电路实际工作电压，选用相应额定电压的瓷片或薄膜电容

3.泄放电阻

通常采用1MΩ/1W的金属膜电阻，可根据电路中所用电容，选用电阻值（原则：5s内将电容两端的电压降至安全电压36V）；当所需电阻小于1MΩ时，通常采用多只并联的方式实现

4. II-22滤波电路的特点

（1）该电路专为军用设备通过电磁兼容GJB151A/152A-CE102传导发射的要求设计；

（2）显著降低开关频率的高次谐波对电源线的干扰，解决使用开关电源、逆变器而产生的EMC和EMI问题；

（3）优良的共模、差模插入损耗性能，极佳的低频滤波性能；

（4）在10k~50MHz频段内，具有优异的抑制干扰的能力；

5.II-22滤波器电路元器件参数

该电路以额定电流3A为例，选用元件参数如下：

II-22滤波电路滤波器指标

（1）额定电压：250VAC/400VDC

（2）工作频率：DC~1000Hz

（3）最大漏电流：不大于0.5mA@250V/50Hz

（4）介质耐电压：线—线间，1768VDC，1mA，60s；线—地间，2000VDC，1mA，60s。

（5）插入损耗（50Ω-50Ω插入损耗测试系统）

注：具体解决方案见《EMI解决方案选用指南》

第二章开关电源EMC滤波电路解决方案

1.共模电容受漏电流的限制

差模滤波电容:跨接在火线和零线之间,对差模电流起旁路作用. 电容值为0.1 ~ 1微法.

共模滤波电容:跨接在火线或零线与机壳地之间,对共模电流起旁路作用,电容值不能过大,否则会超过安全标准中对漏电电流( 3.5mA )的限制要求,一般在10000pF以下.医疗设备中对漏电流的要求更严,在医疗设备中,这个电容的容量更小,甚至不用.

共模扼流圈:在普通的滤波器中,往往仅安装一个共模扼流圈,利用共模扼流圈的漏电感产生适量的差模电感,起到对差模电流的抑制作用.有时,人为地增加共模扼流圈的漏电感,提高差模电感量(想想怎样能增加漏电感).共模扼流圈的电感量范围为1mH ~ 数十mH,取决于要滤除的干扰的频率,频率越低,需要的电感量越大.

在一般的滤波器中,共模扼流圈的作用主要是滤除低频共模干扰,高频时,由于寄生电容的存在,对干扰的抑制作用已经较小,主要依靠共模滤波电容.医疗设备由于受到漏电流的限制,有时不使用共模滤波电容,这时,要提高扼流圈的高频特性(采用前面介绍的一些方法).

基本电路对干扰的滤波效果很有限,仅用在要求最低的场合.要提高滤波器的效果,可在基本电路的基础上增加一些器件,下面列举一些常用电路:

强化差模滤波方法一:与共模扼流圈串联两只差模扼流圈,增大差模电感;

强化差模滤波方法二:在共模滤波电容的右边增加两只差模扼流圈,同时在差模电感的右边增加一只差模滤波电容;

强化共模滤波:在共模滤波电容右边增加一只共模扼流圈,对共模干扰构成T形滤波;

强化共模和差模滤波:在共模扼流圈右边增加一只共模扼流圈、再加一只差模电容.

说明:一般情况下不使用增加共模滤波电容的方法增强共模滤波效果,防止接地不良时出现滤波效果更差的问题(见“搭接”部分关于pi形滤波器接地不良的讨论)

2.电源线滤波器的特性

任何一个电子设备要满足电磁兼容的要求,都要在电源线上使用电源线滤波器.现在市场上电源线滤波器的种类繁多,如何选择滤波器确实是一个头疼的问题.下面介绍一些选择滤波器时要考虑的参数。

插入损耗:对于干扰滤波器而言,这是最重要的指标,由于电源线上既有共模干扰也有差模干扰,因此滤波器的插入损耗也分为共模插入损耗和差模插入损耗.插入损耗越大越好.

高频特性:理想的电源线滤波器应该对交流电频率以外所有频率的信号有较大的衰减,即插入损耗的有效频率范围应覆盖可能存在干扰的整个频率范围.但几乎所有的电源线滤波器手册都仅给出30MHz以下频率范围内的衰减特性.这是因为电磁兼容标准中对传导发射的限制仅到30MHz(军标仅到10MHz),并且大部分滤波器的性能在超过30MHz时开始变差(谁愿意给用户留下不好的印象呢?).但实际中,滤波器的高频特性是十分重要的,后面讨论这个问题.

额定工作电流:这是个概念模糊的定义.因为在厂商的产品说明书上并没有标明电流的定义,是峰值还是有效值.额定工作电流不仅关系到滤波器的发热问题,还影响电感的特性,滤波器中的电感要在峰值条件下不能发生饱和.