高频开关电源的EMI滤波器的研究
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。
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。
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
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。
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EMI滤波器设计与验证
开关电源EMI滤波器设计与验证作者：孟晶杨勇熊立来源：《现代电子技术》2014年第12期摘要：开关电源已广泛应用于电力电子设备中，作为一种EMI源，在设计电源电路中需前置EMI滤波器抑制传导干扰。
CE102作为检测电源线传导干扰的一项电磁兼容性试验，成为电子设备尤其是军用电子设备的必测项目，测试超标即意味着设计的失败。
设计了一个EMI 滤波器，通过CE102测试和分析发现并解决设计存在的问题，并通过整改后的试验验证，证明设计的有效性。
关键词：开关电源； EMI滤波器；电磁兼容性； CE102中图分类号： TN710⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）12⁃0137⁃03Abstract： Switching power supply， as a electromagnetic interference （EMI） source， is widely used in power electronic equipments. The EMI filter should be prepositioned in power circuit design to suppress the conducted EMI. CE102 is taken as a project of EMC tests to detect the conducted interference of power⁃line. It is a necessary measuring project of electronic equipments，especially for military electronic equipments. It means that the design of the power system fails if the interference exceeds the standard. An EMI filter was designed to find and solve the problems of the design by CE102 test and analysis. The effectiveness of the design was proved by CE102 after the test validation.Keywords： switchingpower supply； EMI filter； EMC； CE1020 引言随着开关电源的迅速发展和广泛应用，它们引起的电磁泄露和电磁辐射问题越来越严重。
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。
EMI电源滤波器的原理与分析
EMI电源滤波器的原理与分析电磁干扰滤波器插入损耗1引言随着人们对清洁环境，生活品质要求的不断提高，全球主要国家对电气和电子产品的电磁兼容性的要求日益严格。
因此，尽量降低电力电子装置的电磁干扰，提高其电磁兼容性，已成为十分重要的问题。
目前，人们在实际工程中解决电磁干扰问题的手段主要有三种：一是接地；二是屏蔽；三是采用电磁干扰（EMI）滤波器来有效的阻断传导电磁干扰的的传输途径。
下面主要讨论的是EMI滤波器的原理和设计。
2 EMI滤波器的原理和研究方法2.1 干扰信号分析电磁干扰按其能量传播的方式分为传导干扰和辐射干扰。
传导干扰主要是指由电源线传导至电子设备的干扰，采用滤波器来滤除和抑制最有效；而辐射干扰是指由于电子设备的引入，其内部高频线路及其他感抗元件的电磁场交变产生的辐射电磁波所造成的干扰，采用屏蔽技术来消除效果最好。
传导型电磁干扰分为共模干扰和差模干扰两种。
共模干扰又称为对地感应干扰或不对称干扰，指的是两条电源线相对于大地存在的干扰和噪声；串模干扰又称为常模、串模、线间感应和对称干扰等，指的是两条电源线之间的干扰。
EMI滤波器滤除的频率范围大概为10kHz~30MHz，最高可达150MHz，按产生共模和差模干扰的特点，可大致按干扰的分布分为三个频段：0.5MHz以下，以差模干扰为主；0.5~5MHz差模、共模干扰共存；5~30MHz以共模干扰为主。
在对电磁干扰噪声采取抑制措施时，主要应考虑抑制共模噪声，因为共模噪声在全频域特别在高频域占主要成分，而低频域差模噪声占比例较大，所以应根据EMI噪声的这个特点来选择适当的EMI滤波器。
2.2 EMI滤波器的原理首先，考虑干扰信号的特点，设计时应注意以下几点：(1)双向滤波功能——电网对电源、电源对电网都应该有滤波功能；(2)能有效地抑制差模干扰和共模干扰——工程设计中重点考虑共模干扰抑制；(3)最大程度地满足阻抗失配原则。
EMI滤波器可分为交流电源滤波器、信号传输线滤波器和去耦滤波器。
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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高频开关电源的 Ｅ 滤波器的研究 ＭＩ
冯 楠 曾国宏 张 佳
１０４ ０ ０ ４）
北京交通大学电气工程学院 北京
摘要 本文介绍了 分离高频开关电源中噪声的方法，分析了 共模和差模噪声中共模噪声占主 要成份。在此基础上介绍了一种开关电源 Ｅ 滤波器的高频模型，并对这个滤波器模型的高频特 Ｉ Ｍ
［］ Ｍａ ｏｃｉ ６Ｃ ＰｎｔＥ Ｆｌｒ ｅｉ ｏｒ ｏ ｅ ３ ｒ ｈ ｄ ａｏ ｅ ＭＩ ｉｅ Ｄ ｓ ｎｆ Ｐ ｗ ｒ ｃ ａ ． ｔ ｇ
Ｅｅ ｔ ｎｃ．Ｅ Ｅ２ ０ ． Ｉ Ｅ ，０ ２ ｌｃｒ ｉｓ ｏ
［ ＡＮ ｇｌ ． Ｄ ｏｃｅ Ｓ ｓ ｍ ｔ ｅｉ ｆ ＭＩ ４ ］ ．ａｅＲＷ ｅＤ ｎｋｒ ｙｔ ａｃＤ ｓ ｎｏ Ｅ ，． ． ｅ ｉ ｇ
仁 魏应冬． ］ ５ 开关电源 Ｅ 滤波器原理与设计研究。电 ＭＩ 源技术应用．０ ２０ 。 ５
６ ［ 区建 昌．电子设备的电磁兼容性设计。电子工业出 ］ 版社，２ ３ ０ ０
作者简介
冯 楠，（ ８一１，男，北京交通大学电气工程学院硕士研究生 ９ １ ０１）
２０年 ２ 奄气玻术 １ ０６ 第１期 １ ７
（ ４）
模型如图４ 所示， 在图中：Ｌ 是共模电 ｍ ｃ 感；编 是 漏电 感；ｃ是线圈的寄生电 、 容，凡 是线圈导线阻
抗；凡代表铁心的能量损耗。
线圈导线阻抗心 可以 在直流条件下测量。
． ３ 电容模型 ２ 由于寄生电感的影响，对于一个实际的电容存 在着 自谐振频率。 在这个频率以上时， 电容呈感性。
，留 技 ｏ年 １ ６ 气 术Ｚ 第２ ｝ ｏ 期 ｅ
研 究 与开 发
通过分析该电容的幅频特性和相频特性，它可以模 拟成一个 ＲＬＣ的串联电路 一一 ． ３ 高频滤波器模型 ３ 基于上文提到的元件的高频模型，我们建立了
输入 Ｅ 滤波器的一种高频模型，（ ５ ＭＩ 图 所示） 每 ， 个虚线矩形框里的是一个实际的元件和相关的等效
电路 。
图 ５ 〔 滤波器的高频模型 Ｉ Ｍ
４ 分析寄生参数对滤波器高频特性的影响
． ４１ 元件寄生参数的影响 元件的寄生参数也会极大地影响滤波器的高频特 性。电容的寄生电感是主要的寄生参数，而对于电 感，寄生电容是主要的寄生参数。 ． ４ 共模电感之间的藕合影响 ２ 除了元件的寄生参数以外，还存在着元件间的 寄生参数。 共模电感之间或多或少地会存在着互感。 对于一个含铁氧体铁心的共模电感线圈来说，祸合 电感的影响就更不用说了。 Ｅ 滤波器里共模电 而 ＭＩ 感之间的祸合电感对于滤波器的频率特性影响是很 小的。
在低频段， 共模电 感呈感性而且乓 的电感值比 。 并联的ｃ和凡低得多。总的等效电感为： ，
图 ２ 开关电源的 〔 滤波器示意图 Ｉ Ｍ
图２ 所示为开关电源的 Ｅ 滤波器的示意图。 ＭＩ 该滤波器 由陶瓷电容和共模电感组成。 采用 Ｐ Ｐ Ｅ软件对电路模型进行仿真， Ｃ Ｓ Ｉ 分析差 模信号的衰减情况。设源阻抗和负载阻抗均为 ５０ ０， 在滤波器输入端施加 ４ Ｖ交流小信号，分析滤波器 ． ４ 输出信号幅值随输入信号频率变化， 其仿真波形如图
ｉ ｅｓ Ｐ ｆ ｔｒ ｆｒ ｏ ｒ ｏ ｖ ｒ ｓ Ｉ Ｅ ，０ ０ ｗｅ Ｃ ｎ ｅｔｒ．Ｅ Ｅ ２ ０ ． ｌ ｏ ｅ
５ 结论
由于寄生参数的影响，Ｅ 滤波器的高频特性 ＭＩ 与理想状态时大不相 同。一个高频模型对于预测 Ｅ 滤波的高频特性是很有必要和帮助的。通过对 ＭＩ 寄生参数对滤波器高频特性影响的分析表明，元件 的寄生参数在高频段对高频特性起重要作用，并会 对选择元件参数和调整参数产生影响。
中线电压的和与差来分离出共模电压和差模电压的 值，分离装置如图１ 所示．
图１ 分离噪声的示意图
通过定义可以得出： （ ＋ ＝２碎 称 珠） ． 份 （ 一 ＝ 称 珠） 凡泪 第一个公式通过求和来得到共模电压，而第二 个公式通过求差来得到差模电压。因为开关过程中 介质间会产生高的寄生电容，这种寄生电容会在电
参考文献
１］ Ｍ． ｈａ６Ｃ Ｐ ｎｔＣ ｍ ｏ ｎ ｉ ｒｎ ａ ｍ ｄ １ Ｃｉ ｄ ａｏｅ ｏ ｍ ｎａｄＤ ｆ ｅｔ ｌ ｏｅ ． ｅ ｉ
Ｎ ｉ Ｓ ａ ｔ ｎ ｏ Ｐｒｏ ｆ ｗ Ｐｒ ｉ Ｃ ｍ ａ ｓｎ ｏ ｔｏ Ｄｆ ｒ ｔ ｏ ｅ ｅ ａｏ ｓ ｉ ｉ ｅ ｅ ｎ
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＝２ 材月之 ０
图 ３ ｐｐＣ 仿真波形结果 ｓ ｌ〔
其中ｃ 是 等 容。 ｅ 总的 效电
由于铁氧体铁心的非线性的频率特性，铁心阻
为了分析滤波器元件的寄生参数的影响，本文 建立了Ｅ 滤波器的高频模型。 ＭＩ ． ３ 共模电感模型 １ 对于一个共模电感模型，在它的线圈之间存在 着寄生电容，以及漏 电感和非线性的铁氧体磁芯使 得它的高频模型非常复杂。 假设共模电感的两个线圈具有相同的电气参数 和对称的结构，而且这两个线圈的相应电路在电气 方面应该是对称的。由于共模 电感的尺寸远小于所 考虑的传导干扰的波长，因此它的高频模型可以建 立为集总参数的电路。共模电感的一个等效的电路
在高频段， 共模电感呈容性而且电 容ｑ的阻抗 是等效电 路中阻抗的主要部分。电容ｃ的值可以 ｌ 通
过 ３ＭＨ 时的阻抗值来计算： ０ ｚ
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（ ） ３
１ 引言
目 前，高频开关电源由于具有体积小，效率高， 尺寸小， 功率大等特点得到了广泛应用。 但是由于开 关电源中采用的整流， 逆变电路中的半导体器件造成 的电压和电流的快速变化， 在工作过程中会产生较强 的电磁干扰和高次谐波噪声。 解决电磁干扰的一个主 要障碍是测量到的发射噪声一般是共模噪声和差模 噪声的混合。 因此仔细辨别开关电源中共模和差模噪 声的干扰源的不同种类就显得非常重要。 Ｍ 滤波 ＥＩ 器通常用来抑制传导干扰， 为了设计出一个理想的滤 波器， 分离出两种噪声是非常重要的。 所以， 本文首 先给出了分离共模和差模噪声的装置。 并确定了共模 噪声和差模噪声哪种占主要成份。然后建立了 Ｅ ＭＩ 滤波器的高频模型， 并分析了滤波器中的电感和电容 的寄生参数对滤波器的高频特性的影响， 从而给出了 一种 Ｅ 滤波器的设计方法。 ＭＩ
性进行 了分析。 关键词：开关电源；Ｅ 滤波器；高频特性 Ｉ Ｍ
Ｓｕ ｙ ｆｈ Ｅ Ｆｌ ｒ ｆ ｉ ｒｑ ｅｃ Ｓ ｉ ｈｎ Ｐ ｗ ｒ ｕ Ｐｙ ｔｄ ｏ ｔｅ ＭＩ ｉｅ ｏ Ｈ ｇ ｅｕｎｙ ｗｔ ｉｇ ｏ ｅ Ｓ Ｐ ｌ ｔ ｈＦ ｃ
尸脚 ｄ Ｅ ＧＮ ｎ Ｚ Ｎ ｕ一ｏｇ Ｚ Ａ ＧＪ ＭＡＭｉ Ｅ ＧＧ ｏｈ ｎ ＨＮ ｉ ａ ｎ ｇ
研 究 与开 发
３
Ｅ 滤波器的高频特性分析 ＭＩ
由于高频开关电源的干扰频率和频域要比工频 电源的频率ＳＨ 一４ Ｈ 高得多和宽的多，因此作 Ｏｚ ０ ｚ 为抑制干扰的Ｅ 滤波器应该是一个性能优 良的低 ＭＩ 通滤波器， 它只让工频通过， 要抑制除工频以外的一 切无用或有害的干扰频率．
图 ４ 共模 电感的等效电路图
（ｈ Ｓｈ ｌ ｆ ｌ ｒ ａＥ ｇ ｅｒ ｇ ｆ ｅ ｉ ｉ Ｔ ｎ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｅｉ １０４） ｏ ｏ Ｅｅｔｃｌ ｎｉ ｅ ｎ ｏ Ｂ ｉｎ Ｊ ｏ ｏｇ ｎ ｅｓｙＢ ｉｎ ，００４ Ｔ ｅ ｃｏ ｃｉ ｎ ｉ ｊｇ ａ ｖ ｉ， ｊ ｇ Ａ ｓ ａｔ ｈ Ｔ ｉ ａｅ ｉ ｒｄｃｓａｍ ｔ ｄｏ ｔ ｅａ ｔ ｎｏ ｃｍ ｏ ｏｅａｄｄ ｒ ｔｌ ｂｔ ｃ ｒ ｓＰＰｒ ｎ ｏｕｅ ｔ ｅ ｏ ｆ ｈ Ｐｒ ｉ ｆ ｏ ｍ ｎｍ ｄ ｎ ｉ ｅ ｉ ｈ ｅｓ ａｏ ｅ ｆ ｎａ ｍ ｄ ｏ ｅｆ ｍ ｈ ｈｆ ｑｅｃ ｗｔ ｉ ｏ ｅ ｓＰｌ’ｖｌｇ， ｎ ｎｌ ｅｃｍ ｏ ｏｅｉｔ ｏｅｎｉ ｒ ｓ ｏ ｉ ｒ ｕｎｙｓ ｉｈ ｇＰｗ ｒ ｕＰｙ ｏ ａｅ ａｄａａ ｚｓｏ ｍ ｎｍ ｄ ｓｈ ｇ ｅ ｃｎ ｓ ｔ ｙ ｅ ｄｍ ｎｎ ｃｍ ｏｅｔ ｆｈ ｎｉ ． ｉ ｆ ｑｅｃ ｍ ｄｌ ｒ ｗｔ ｉ Ｐ ｗ ｒ ＭＩ ｌｒｓｎ ｏｕｅ ｏ ｉ ｔｏ Ｐ ｎｎ ｏ ｔ ｏ ｅＡｈ ｈ ｅｕｎｙ ｏｅｆ ｓ ｉｈ ｇ ｏ ｅ Ｅ ｆｔ ｉｉ ｒｄｃｄ ａ ｅ ｓ ｇｒ ｏ ｃｎ ｉｅ ｔ ｂｓ ｇｏ ｈ ｎｌ ｉ ｅｕ ． ｉ ｕ ｔ ｎｒｓｌｈｓ ｒｖｄｔ ｎｌ ｉ ｅｕ ａｄｔ ｆｔ ，ｇｏ ａｉ ｎｔ ｎ ｅａａ ｚ ｇｒ ｌ Ｓｍ ｌｉ ｅｕ ａ Ｐｏｅ ｈ ａ ｚ ｇｒｓｌ ｎ ｈ ｉ ｅ ｓ ｏｄ ｙｎ ｓｔ ａｏ ｔ ｅａ ｙ ｎ ｔ ｅ ｌｒ ｃａ ｃ ｒｔ ｆｒ ｉ ｆ ｑｅｃ ｈｒ ｔ ｉｉｏ ｈ ｈ ｅｕｎｙ ａ ｅ ｓｃ ｇｒ Ｋ ｙ ｏｄ：ｗｔ ｉｇ ｏ ｅ ｓＰｌ；Ｅ ｆｔ ；ｈｇ ｒ ｕｎｙ ｈｒｃ ｒ ｔ ｓｓ ｉ ｈｎ Ｐｗ ｒ ｕ Ｐｙ Ｍｌ ｌ ｒ ｉ ｆ ｑ ｅｃ ｃａａｔ ｉｉ ｅｗ ｒ ｃ ｉｅ ｈ ｅ ｅ ｓｃ
抗凡将随着频率的变化而变化。 忽略漏电 感和线圈
导线阻抗的影响，铁心阻抗值将在不同的频率范围 沿着 曲线变化。 对于带封闭铁氧体铁心的共模线圈，它的漏电感 一般比共模电感小 ５ ％，其中差模电感占主要成份。 在低频段，阻抗呈感性。根据结果，漏电感可 由下式计算：
＿ ｝ １２ ｝ ＊ ， Ｌ ２二 ， ２ｆ ＝ ｌｌ
路的支路上产生无法预料的失衡现象，而共模干扰
主要是通过寄生电容祸合到电流回路中的，所以对 于高频开关电源，共模噪声占主要成分，并且共模 噪声的影响要比差模噪声大。
２ 分离共模和差模噪声的方法
为了分离出共模和差模噪声，分别求气 嗽１ 。 期 。 ５
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