开关电源之EMI滤波
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。
抑制开关电源电磁干扰的措施
抑制开关电源电磁干扰的措施开关电源存在着共模干扰和差模干扰两种电磁干扰形式。
根据上篇分析的电磁干扰源，结合它们的耦合途径，可以从EMI 滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面来抑制干扰，把电磁干扰衰减到允许限度之内。
1.交流输入EMI 滤波器滤波是一种抑制传导干扰的方法，在电源输入端接上滤波器可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。
电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。
电源进线端通常采用如图1 所示的EMI 滤波器电路。
该电路可以有效地抑制交流电源输入端的低频差模骚扰和高频段共模骚扰。
在电路中，跨接在电源两端的差模电容Cx1、Cx2 （亦称X 电容）用于滤除差模干扰信号，一般采用陶瓷电容器或聚脂薄膜电容器，电容值通常取0.1~ 0. 47F。
而中间连线接地的共模电容Cy1和Cy2 （亦称Y 电容）则用来短路共模噪声电流，取值范围通常为C1=C2 # 2200 pF。
抑制电感L1、L2 通常取100~ 130H，共模扼流圈L 是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成，通常要求其电感量L#15~ 25 mH。
当负载电流渡过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消。
因此，即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。
而对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会呈现较大电感，从而起到衰减共模干扰信号的作用。
2.利用吸收电路开关电源产生EMI 的主要原因是电压和电流的急剧变化，因而需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率（ du/ dt 和di/ dt ）。
采取吸收电路能够抑制EMI，其基本原理就是在开关关断时为其提供旁路，吸收积蓄在寄生分布参数中的能量，从而抑制干扰的发生。
可以在开关管两端并联如图2（ a）所示的RC 吸收电路，开关管或二极管在开通和关断过程中，管中产生的反向尖峰电流和尖峰电压，可以通过缓冲的方法予以克服。
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
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。
开关电源的电磁干扰及其滤波措施
开关电源的电磁干扰及其滤波措施1引言开关电源与线性稳压电源相比，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等特点，广泛用于计算机及外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域。
但开关电源的突出缺点是产生较强的电磁干扰(EMI)。
EMI信号既占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和电子仪器造成干扰。
如果处理不当，开关电源本身就会变成一个干扰源。
随着电子产品的电磁兼容性(EMC)日益受到重视，抑制开关电源的EMI，提高电子产品的质量，使之符合有关EMC标准或规范，已成为电子产品设计者越来越关注的问题。
2开关电源产生EMI的原理开关电源产生EMI的因素较多，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因素。
它们所以产生于电源装置的内部，是由于开关电源中的二级管和晶体管在工作过程中产生的跃变电压和电流，通过高频变压器、储能电感线圈和导线以及系统结构、元件布局等而造成的。
基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。
这是因为正弦波通过整流器后不再是单一频率的电流，而是变成单向脉动电源，此电流波形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，较高的谐波(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，使接收机等产生噪声。
变压器型功率转换电路是实现变压、变频以及完成输出电压调整的部件，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辐度的窄脉冲，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电流，它在开关管过激励较大时，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。
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滤波器设计
ｎ ｉｅ Ｔ ｅ ｉｓ ｒｉｎ ｌｓ ｆｔ ｅ ｆ ｔｒｉ ｔ ｄ ｅ ｎ ｃ ｓ ｆｉｅ ｌｉ ｅ ａ ｃ ｏｓ ． ｈ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓｏ ｈ ｌｅ ｓｓｕ ｉｄ ｉ ａ ｅ ｏ ｄ ａ ｍｐ ｄ ｎ ｅ， ｗｈ ｃ ｓｏ ｏ ｒｃｉａ ａｕ ． ｏ ｉ ｉｈ ｉ ｆｓ ｍｅ ｐ ａ ｔ ｌ ｖ ｌｅ ｃ
共模 、差模噪 声。同时，研 究源和 负载理想 、非理想 阻抗特性 对滤波器插入损耗 的影 响 ，具有一定的意义 。 关键词 开关电源 ；寄生参数 ；尖峰干扰 ；Ｔ Ｋ Ｄ
Ｔ ８ Ｎ６ 文献标识码 Ａ 文章编号 １０ ７ ２ （ ００ ０ ０ ７— ５ ０ ７— ８０ ２ １ ） ６— ６ ０ 中 图分 类 号
（ ） 流 二极 管 反 向恢 复 电 流 引 起 的噪 声 干 扰 。 ２整
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
ａ 叶谯 ２０ 第２卷 ６ ０年 ３ 第 期 １
Ｅ ｅ ｔ ｎ ｃ Ｓ ｉ ＆ Ｔｅ ｈ ／ ｕ ． ５．２ １ ｌ ｃｒ ｉ ｃ ． ｏ ｃ ．Ｊｎ １ ００
开 关 电 源 ＥＭＩ 波 器 设 计 滤
[转载]开关电源EMI滤波器选择与使用（zz）
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[转载]开关电源EMI滤波器选择与使用（zz）在图4-1中，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。
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。
C1和C2采用薄膜电容器，容量范围大致是0.01μF～0.47μF,主要用来滤除串模干扰。
C3和C4跨接在输出端，并将电容器的中点接地，能有效地抑制共模干扰。
C3和C4亦可并联在输入端，仍选用陶瓷电容，容量范围是2200pF～0.1μF。
为减小漏电流，电容量不得超过0.1μF，并且电容器中点应与大地接通。
C1～C4的耐压值均为630VDC或250VAC。
图4-2.两级复式EMI滤波器电路两级复式EMI滤波器电路效果比图一效果更佳。
4.1.3 EMI滤波器在开关电源中的应用为减小体积、降低成本，单片开关电源一般采用简易式单级EMI 滤波器，典型电路图4-3所示。
图（a）与图（b）中的电容器C能滤除串模干扰，区别仅是图（a）将C接在输入端，图（b）则接到输出端。
图（c）、（d）所示电路较复杂，抑制干扰的效果更佳。
图（c）中的L、C1和C2用来滤除共模干扰，C3和C4滤除串模干扰。
R为泄放电阻，可将C3上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性；断电后还能使电源的进线端L、N不带电，保证使用的安全性。
图（d）则是把共模干扰滤波电容C3和C4接在输出端。
图4-3. EMI滤波器典型应用EMI滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。
图4中曲线a 为加EMI滤波器时开关电源上0.15MHz～30MHz传导噪声的波形（即电磁干扰峰值包络线）。
开关电源EMI滤波电路元件解析——仅一篇三分钟小文档令人瞠目结舌(民熔)
开关电源EMI滤波电路元件剖析电源是最容易被忽视的组件之一，不过其各路电压输出规格、电压稳定性、发生异常时的保护性却有相当重要的地位，因为主机内所有配件的所需电力均需由电源供应器供应，同时随着各硬件于不同状态下的耗电量去调节输出负载，又要兼顾长时间操作及全载输出的稳定性。
以下从开关电源交流输入端EMI滤波电路常见的组件开始介绍。
1、交流电输入插座此为交流电从外部输入电源的第一道关卡，为了阻隔来自电力在线干扰，以及避免电源运作所产生的交换噪声经电力线往外散布干扰其它用电装置，都会于交流输入端安装一至二阶的EMI(电磁干扰)Filter(滤波器)，其功能就是一个低通滤波器，将交流电中所含高频的噪声旁路或是导向接地线，只让60Hz左右的波型通过。
2、X电容(Cx，又称为跨接线路滤波电容)、Y电容(Cy，又称为线路旁通电容器)X电容是EMI滤波电路组成中，用来跨接火线(L)与中性线(N)间的电容，用途是消除来自电力线的低通常态噪声。
Y电容为跨接于浮接地(FG)和火线(L)/中性线(N)之间，用来消除高通常态及共态噪声。
3、共态扼流圈(交连电感)共模态扼流圈在滤波电路中为串联在火线(L)与中性线(N)上，用来消除电力在线低通共态以及射频噪声。
有些电源的输入端线路，会有缠绕在磁芯上的设计，V♥攻种耗“民熔电气集团”快来看看也可以当作是简单的共态扼流圈。
其外观有环形与类似变压器的方形，部分可以见到外露的线圈。
4、保险丝保险丝就是当其流过其上的电流值超出额定限度时，会以熔断的方式来保护连接于后端电路，一般使用于电源供应器中的保险丝为快熔型，比较好的会使用防爆式保险丝，其与一般保险丝最大的差别是外管为米色陶瓷管，内填充防火材质避免熔断时产生火花。
5、负温度系数电阻(NTC)因为电源接通电源瞬间，其内的高压端电解电容属于无电状态，充电瞬间将产生过大电流突波以及线路压降，可能使桥式整流器等组件超出其额定电流而烧坏。
NTC使用时串联于L或N线路上，启动时其内部阻抗值可以限制充电瞬间的电流值，而负温度系数的定义是其电阻会随其温度上升而降低，所以随着电流流过本体使温度逐渐升高后，其阻值会随着降低，避免造成不必要功率消耗，其外观大多为黑色及墨绿色的圆饼状元件。
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
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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
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。
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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Y电容放在共模电感的前面和放在共模电感的后面,滤波效果大不一样的,具体怎么不一样我忘记了,好象Y 电容放在共模电感的后面效果会更好一些,如果是两级复合式滤波可能会更好吧
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。
我来补充一下EMI滤波器的电路:
EMI基本电路(原文件名:11H24632VP19205.jpg)
上面的图有两个输入端、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。
两级复合式EMI滤波器(原文件名:11H24632ZP2KT.jpg)
上图是一种两级复合式EMI滤波器的内部电路，由于采用两级滤波，因此滤除噪声的效果更佳。
针对现场存在重复频率为几千赫兹的快速瞬态群脉冲干扰的问题，国内外还开发出群脉冲滤波器，能对上述干扰起到抑制作用。
为减小体积、降低成本，单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器
单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器(原文件名:11H2463294P3H63.jpg)
图(a)与图(b)这样的电路一般在开关电源里很少见(整体效果不好).
图(c)中的L、C1和C2用来滤除共模干扰，C3和C4滤除串模干扰。
R为泄放电阻，可将C3上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性；断电后还能使电源的进线端L、N不带电，保证使用的安全性。
图(d)则是把共模干扰滤波电容C3和C4接在输出端。
这个C3和C4就是Y电容,
共模和差模信号与滤波器
山东莱芜钢铁集团动力部周志敏(莱芜271104)
1概述
随着微电子技术的发展和应用，电磁兼容已成为研究微电子装置安全、稳定运行的重要课题。
抑制电磁干扰采用的技术主要包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。
而干扰源的传播途径分为传导干扰和辐射干扰。
传导噪声的频率范围很宽，从10kHz～30MHz，仅从产生干扰的原因出发，通过控制脉冲的上升与下降时间来解决干扰问题未必是一个好方法。
为此了解共模和差模信号之间的差别，对正确理解脉冲磁路和工作模块之间的关系是至关重要的。
在抑制电磁干扰的各项技术中，采用滤波技术对局域网（LAN）、通信接口电路、电源电路中减少共模干扰起着关键作用。
所以掌握滤波器的工作原理和其实用电路的结构及其正确的应用，是微电子装置系统设计中的一个重要环节。
2差模信号和共模信号
差模信号又称为常模、串模、线间感应和对称信号等，在两线电缆传输回路，每一线对地电压用符号V1和V2来表示。
差模信号分量是VDIFF。
纯差模信号是：V1=－V2；其大小相等，相位差180°；VDIFF=V1－V2，因为V1和V2对地是对称的，所以地线上没有电流流过，差模信号的电路如图1所示。
所有的差模电流（IDIFF）全流过负载。
差模干扰侵入往返两条信号线，方向与信号电流方向一致，其一种是由信号源产生，另一种是传输过程中由电磁感应产生，它和信号串在一起且同相位，这种干扰一般比较难以抑制。
共模信号又称为对地感应信号或不对称信号，共模信号分量是VCOM，纯共模信号是：VCOM=V1=V2；大小相等，相位差为0°；V3=0。
共模信号的电路如图2所示。
干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电流在两条线上各流过二分之一，以地为公共回路；原则上讲，这种干扰是比较容易消除的。
在实际电路中由于线路阻抗不平衡，使共模信号干扰会转化为不易消除的串扰干扰。
3滤波器
滤波器可以抑制交流电源线上输入的干扰信号及信号传输线上感应的各种干扰。
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。
交流电源滤波器大量应用在开关电源的系统中，既可以抑制外来的高频干扰，还可以抑制开关电源向外发送干扰。
来自工频电源或雷击等瞬变干扰，经电源线侵入电子设备，这种干扰以共模和差模方式传播，可用电源滤波器滤除。
在滤波电路中，有很多专用的滤波元件（如铁氧体磁环），它们能够改善电路的滤波特性，恰当地设计和使用滤波器是抗干扰技术的重要手段。
例如开关电源通过传导和辐射出的噪声有差模和共模之分，差模噪声采用π型滤波器抑制，如图3(a)所示。
图3（a）中，LD为滤波扼流圈。
若要对共模噪声有抑制能力，应采用如图3（b）所示的滤波电路。
图3（b）中，LC为滤波扼流圈。
由于LC的两个线圈绕向一致，当电源输入电流流过LC时，所产生的磁场可以互相抵消，相当于没有电感效应，因此，它使用磁导率高的磁芯。
LC对共模噪声来说，相当于一个大电感，能有效地抑制共模传导噪声。
开关电源输入端分别对地并接的电容CY对共模噪声起旁路作用。
共模扼流圈两端并联的电容CX对共模噪声起抑制作用。
R为CX的放电电阻，它是VDE 0806和IEC 380安全技术标准所推荐的。
图3（b）中各元件参数范围为：CX=0.1μF～2μF；CY=2.0nF～33nF；LC=几～几十mH，随工作电流不同而取不同的参数值，如电流为25A时LC=1.8mH；电流为0 3A时，LC=47mH。
另外在滤波器元件选择中，一定要保证输入滤波器的谐振频率低于开关电源的工作频率。
图1差模信号
图2共模信号
图3 滤波器结构图
图4改进后的滤波器
图4所示的滤波器可进一步提高对差模噪声的抑制能力。
CX上除加有电源电压外，还会叠加上相线和零线之间存在的各种电磁干扰峰值电压。
为保证电容器失效后，不危及人身安全，并考虑到应用中最坏的情况，CX安全等级分为两类，即X1和X2类，X1等级用于设备的峰值电压大于1 2kV场合，X2类用于设备峰
值电压小于1.2kV的一般场合。
另外，通过限制CY的容量可达到控制在规定电压频率作用下，流过该电容器漏电流的大小。
若为装设在可移动设备上的滤波器，其交流漏电流应低于1mA，若为装设在位置固定且接地的设备上的滤波器的交流漏电流应小于3 5mA，再根据漏电流Ii的要求计算CY的容量，其关系式为：
Ii=2πfCYU
式中：f——电源频率；
U——电源供电电压。
LD是用来进一步抑制差模噪声的差模扼流圈。
因为LD的引入将使电容CX充电电流减少，达到了抑制差模噪声的目的。
4滤波器的安装与布线
交流滤波器的安装及布线直接影响滤波器的性能，在其安装布线中应注意以下几点：
（1）滤波器应安装在机柜底部离设备电源入口尽量近的部位，并加以绝缘，不要让未经过滤波器的电源线在机柜内迂回，如果交流电源进入机柜内到电源滤波器之间有较长的距离时，则这段线应加以屏蔽。
（2）电源滤波器的外壳必须用截面积大的导线以最短的距离与机壳连为一体，并尽量使电源滤波器的接地点与机壳接地点保持最短的距离，输入输出线应靠近机壳底部布线以减少耦合，并将输入输出线严格分开，绝不允许将滤波器的输入线和输出线捆扎在一起或靠得很近，否则，当干扰频率达到数兆Hz以上时，这时输入输出线会相互耦合而降低其对高频干扰信号的衰减效果。
插座式交流电源滤波器从结构上实现了输入输出的隔离，对某些直接用机壳做屏蔽的电子设备来说，是一种较理想的抗干扰元件。
滤波器输出线应采用双绞线或屏蔽线，其屏蔽应可靠接地。
（3）机壳内的其它用电器（照明灯、信号灯等）或电磁开关等应从滤波器前端引线接到负载，或为这些干扰源单独加装滤波器。