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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如PLC、伺服驱动、传感器等。
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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。
通信设备
如交换机、路由器、基站等。
参数优化
通过调整元件参数，优化 滤波器的性能表现。
设计实例
单级滤波器
适用于低频、低功率的开 关电源，具有简单、易于 实现的优点。
多级滤波器
适用于高频、高功率的开 关电源，具有更好的滤波 效果和更高的可靠性。
集成滤波器
将滤波器与其他电路集成 在一起，实现小型化、高 效化。
03
开关电源EMI滤波器元件 选择
扰。
பைடு நூலகம்
05
开关电源EMI滤波器测试 与验证
测试方法
传导测试
评估开关电源通过导线产生的电磁干扰，确保其符合国际和国内的 相关法规要求。
辐射测试
检测开关电源在自由空间中产生的电磁辐射，确保其不对周围环境 产生不良影响。
抗扰度测试
评估开关电源对电磁干扰的抗干扰能力，确保其在复杂电磁环境中能 够正常工作。
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抑制开关电源产生的电磁干扰
开关电源在工作中会产生强烈的电磁干扰，EMI 滤波器能够有效地抑制这些干扰，保证电源输出 的稳定。
提高设备性能
EMI滤波器可以减少电磁干扰对设备性能的影响 ，提高设备的可靠性和稳定性。
3
符合相关法规和标准
在许多国家和地区，电子设备产生的电磁干扰是 受到限制的，EMI滤波器可以帮助设备符合这些 法规和标准。
碳膜电阻
以碳素材料为膜层，具有低成本、易制作等优点，适用于低精度、 大电流的应用场景。
金属膜电阻
以金属氧化物为膜层，具有高精度、高频特性好等优点，适用于精 密仪器、电子设备等高要求的应用场景。
04
开关电源EMI滤波器优化 与改进
优化电路拓扑结构
降低开关损耗
选择合适的开关拓扑结构，以降低开关的导通和 断开过程中的能量损耗。
开关电源EMI滤 波器原理与设计
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目录
• 开关电源EMI滤波器概述 • 开关电源EMI滤波器设计 • 开关电源EMI滤波器元件选择 • 开关电源EMI滤波器优化与改进 • 开关电源EMI滤波器测试与验证 • 开关电源EMI滤波器应用与案例分
析
01
开关电源EMI滤波器概述
EMI滤波器的作用
电容的选择
陶瓷电容
具有高介电常数、低损耗、温度 系数小等优点，适用于高频率、 高电压、高稳定性的应用场景。
薄膜电容
以塑料薄膜为介质，具有高绝缘电 阻、低漏电流、高耐压等特性，适 用于低成本、大容量的应用场景。
电解电容
具有高容量、低成本、易获得等优 点，适用于低频、大电流的应用场 景。
电感的选择
铁氧体磁芯电感
在实验环境中测试电源的EMI性能， 验证滤波器是否有效。
案例二：某公司电源产品的EMI滤波器优化
问题描述
优化方案
某公司电源产品在电磁兼容性测试中出现 了超过标准的问题。
对电源产品的EMI滤波器进行优化设计。
优化细节
效果评估
改进滤波器的电路结构和元件参数，提高 滤波器的性能。
重新进行电磁兼容性测试，验证优化后的 滤波器是否满足标准。
设计电路结构
根据性能指标和元件选择，设计出合适的电 路结构。
选择适当的元件
根据设计需求，选择适当的电容、电感、电 阻等元件。
优化滤波效果
通过调整元件参数和电路结构，优化滤波效 果。
设计方法
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理论分析与计算
基于电路理论，对滤波器 进行数学建模，预测其性 能表现。
仿真与实验
利用仿真软件对滤波器进 行模拟，并通过实验验证 其性能。
EMI滤波器的原理
抑制高频干扰
EMI滤波器通过在电源线和信号 线上设置适当的阻抗，将高频干 扰信号反射回干扰源，从而抑制 高频干扰。
吸收无用信号
EMI滤波器还可以通过设置适当 的阻抗和电抗元件，将无用信号 吸收并转化为热能消耗掉。
02
开关电源EMI滤波器设计
设计流程
确定滤波器的性能指标
包括电磁兼容标准、频率范围、插入损耗等 。
具有高磁导率、高频特性好、体 积小等优点，适用于高频、小型
、低成本的应用场景。
铁粉芯电感
具有高磁导率、低成本、易于制 作等优点，适用于低频、大电流
、小型化的应用场景。
空芯电感
无磁芯，具有高频特性好、体积 小、易于制作等优点，适用于高 频、小型、低成本的应用场景。
电阻的选择
线绕电阻
具有高精度、高稳定性、高耐热性等优点，适用于精密仪器、电 子设备等高要求的应用场景。
测试设备
传导测试设备
传导测试需要使用到传导测试设备，如电磁干扰测试接收机、电 压探头等。
辐射测试设备
辐射测试需要使用到辐射测试设备，如电波暗室、场强计、频谱分 析仪等。
抗扰度测试设备
抗扰度测试需要使用到抗扰度测试设备，如脉冲发生器、浪涌发生 器、磁场发生器等。
验证流程
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设计阶段
进行理论分析和仿真实验，预 测滤波器的性能和效果。
增强屏蔽
对关键元件和线路进行屏蔽，以减小电磁干扰的影响。
提高元件质量和精度
选择高质量的元件
01
选用低噪声、高精度、高稳定性的元件，以提高电源的性能。
精确匹配元件参数
02
确保元件的参数精确匹配，以减小因元件间的不一致性而引起
的误差和干扰。
考虑元件的频率响应
03
选择具有良好频率响应的元件，以应对高频开关电源的电磁干