? ? ? ? 摘要： 本文介紹了一種單相輸入EMI電源濾波器電路，該電路一般作為中小功率電源的輸入部分電路，以滿足電源的EMC要求。

　　縮略詞解釋

　　EMC：Electromagnetic Compatibility，電磁兼容性

　　EMI： Electromagnetic Interference， 電磁干擾

　　1.適用范圍

　　該單元電路參數只要做適當調試、更改，便可用于絕大部分中小功率電源。

　　2.滿足的技術指標（特征指標）

　　電源的規格為：

　　輸入：AC 120V~290V

　　輸出：48V/50A

　　輸出功率：2900W

　　3. 詳細電路圖

　　圖1 單元電路原理圖

　　4. 工作原理簡介

　　電源濾波器是一種由無源元件構成的低通濾波網絡 。 它毫無衰減地將50Hz， 400Hz 的交流電源功率傳輸到設備上，卻大大衰減通過電源線傳輸的EMI信號，保護設備免受其害。同時，它又能抑制設備本身產生的EMI信號，防止它進入電網，污染電磁環境，危害其他的設備。電源EMI濾波器是電子設備滿足有關電磁兼容標準的行之有效的器件。

　　組成電源EMI濾波器的核心元件為：共模電感，差模電感，X和Y電容。其中共模電感和Y電容共同構成LC兩階低通濾波器，主要用來抑制共模噪聲，繞制時除了盡量減小雜散電容外，還應適當控制不平衡電感（一般為1％左右〕，雖然不平衡電感有抑制差模噪音的作用，但不平衡電感太大，容易導致共模電感出現磁芯飽和現象。對差模噪音的抑制和濾除，是由差模電感和X電容來完成的。所要說明的是，EMI濾波器主要是從噪聲傳播途徑方面入手解決EMI問題，所有的EMI電路只能一定程度的降低電磁干擾的對整機性能的影響，對具體的開關電源來說，還應配合噪聲源頭的工作，比如降低開關量的尖峰，采用合理吸收或軟開關技術等來降低電源噪聲的發射值，本文對此方面不作詳細論述。

　　5.設計、調試要點

　　1、首先測試未安裝EMI濾波器時的傳導干擾，并與標準限值相比較，列出（150K~30MHz內）各個頻段EMI濾波器所應具有的插入損耗

　　LISN的L、N線傳導干擾測試輸出端分別有差模噪聲及共模噪聲的成分，分別為 ， ，如果對它們施加加減運算，則可直接得到共模干擾 ，及差模干擾 。為實現上述目的，分別使用0°功率合成器及180°功率合成器。

　　2、根據未加EMI濾波器時測試的傳導干擾與標準限值的差值， 以 及 我 們 產 品 的現有的空間和成本的的要求，確定EMI濾波器的級數，結構，元件參數等等，以滿足不同頻段對EMI濾波器插入損耗的要求。

　　【1】 根據產品的達到電磁兼容的要求的嚴酷程度，結合現有的未加EMI濾波器時的干擾的測試結果，確定級數：

　　一般的要求達到B級標準的，濾波器的級數一般要求兩級或兩級以上，如果合理利用共模電感的雜散電感，可以只選用兩級共模電感配合相應的Y電容和X電容來實現，如果因為沒有其他的原因或條件限制 ，可以考慮選用兩級共模和一級差模電感配合相應的X和Y電容來實現，設計和調測起來比較簡單。

　　新50A模塊因為要求體積小，功率密度高，所以給輸入EMI濾波器留有的體積十分的有限 ，所以項目組投入大量的人力物力，進行EMC方面的研究和開發。利用兩級共模實現B級要求。

　　〖2〗 根據電路的參數，確定電源濾波器的結構：

　　電源濾波器的結構，在很大程度上對濾波器的效果起決定性的因素，為了達到最好的抑制效果，我們要求濾波器的所有的端口的阻抗與相應的設備或功能電路的等效輸入阻抗嚴重失配。如下的連接在EMI濾波器的設計中被認為是正確的連接：

　　圖2 －1

　　圖2－2

　　圖2－3

　　圖2－1中表示濾波器的輸出表示為容抗，負載表現為阻抗；

　　圖2－2中表示濾波器的輸出表示為容抗，負載表現為感抗；

　　圖2－3中表示濾波器的輸出表示為感抗，負載表現為容抗。

　　值得注意的是，我們可以用設備互換的原則等效出濾波器的輸入阻抗的選用原則。

　　因為新50A的模塊的主電路的結構，從交流輸入端看過去，差模和共模應該等效為容抗，所以我們的濾波器的最后一級選用了圖2－3的結構，濾波器的等效輸出應該為感抗。

　　實際的電網環境，一般設備的交流引線都比較長，并且所有的交流進入設備前沒有X電容，在絕大多數的情況下，對于差模可以將電網認為是一個感抗輸出的設備，我們的濾波器就在它的下一級，根據失配原則圖2－3，濾波器的輸入等效應該為容性。 對于我們的共模成分，因為經過我們的Listener，再進入我們的設備，從我們分析LISTENER的結構來講，輸出表現為容性，所以我們EMI濾波器的共模輸入表現為感性。

　　〖3〗參數設計及X、Y電容的選型

　　〔1〕如上圖，輸入濾波器采用二級共模電感。為抑制開關電源發射EMI的共模段，使其在B級規定的范圍內， 我們選用我們的共模的截至頻率為 Fo=50kHz共模干擾有最好的抑制作用。為什么選擇50KHz的截至頻率，可以通過如下的方法獲得：

　　通過共模CM值和標準對應的限值的差值，定位一個坐標（ 150K，CM－56〕，在F－dB對數坐標系上過此點作一個80dB的直線，和X軸的交點，即是我們的截至頻率。

　　2〕關于共模電感磁性材料的選擇也必須謹慎，一般我們要求共模有比較大的值，比較好的高頻特性，損耗也比較小，整合各種考慮，一般我們選擇高值的鐵氧體。我們在選材時往往發現，的大小和高頻特性剛好是有矛盾的，所以我們選材時要視電源模塊的傳導干擾的特性而論，如果低頻段比較大，并且很難抑制，那么最好選用值高一點的鐵氧體，如果中高頻段比較大，并且不易抑制，建議選用值比較低的鐵氧體。

　　從HD4850的傳導干擾的特性 ，我們選用7K的磁性。

　　〔3〕為了有效地抑制傳導干擾，特別是低頻段，電感量越大越有效果，當電感磁性材料確定以后，就只能依靠匝數的多少來確定。因為共模（或差模〕匝間存在分布電容，容易將高頻干擾信號通過匝間電容直接越過我們的EMI濾波器，所以我們在繞織時要注意：

　　最好只繞一層，以免層間分布電容太大而將高頻段短路；

　　最好輸入與輸出抽頭相隔不能太近，否則容易通過分布電容將高頻噪聲直接從輸入端耦合到輸出端，減少EMI濾波器的作用。

　　如果選用差模電感，一定要注意選擇不易飽和的材料，一般選擇鐵粉芯。

　　〔4〕在確定好頻率，確定好共模磁性材料、匝數后，我們可以根據以下的公式選用Y電容的大小：

　　選取Y電容C329=C334=4700p

　　我們的兩極差模LC的截至頻率分別25KHz和16KHz，兩極差模電感約為共模電感的1％，即20uH×2＝40uH，計算的方法可以通過與類似共模LC的截至頻率相同的算法，不過，此時的曲線是由兩條40dB的曲線累加的結果。

　　X電容的大小根據共模的雜散電感和實際的差模的干擾的大小確定，新50A確定為

　　選定第一級X電容C328=1uF，第二級X電容C331＝1uF、C429＝1uF、C402＝474。為X2安規電容。

　　泄放電阻R334、R400的選取原則是使X電容在輸入掉電后2秒內其電壓跌至安全電壓范圍內。并考慮功耗，這里選取300K/0.25W的電阻兩個串聯。

　　Cx、Cy的兩種下標不僅說明了它們在濾波網絡中的作用，還表明了它們的安全等級。是指用于這樣的場合，即電容器失效后，不會導致電擊，不危及人身安全，在設計，選用Cx、Cy電容時，要十分認真地考慮X和Y電容的安全性能，因為它直接關系到整機的安全性能，必須選用通過有關安規認證機構認證的電容器。

　　表1 .X電容的分類和應用特性

　　表2 Y電容的分類和應用

　　Y電容的電容量必須受到限制，從而達到控制在額定頻率電壓作用下，流過它的漏電流的大小和對系統EMC性能的影響。GJB151規定Y電容的容量應不大于0.1uF。Y電容除符合相應的電網電壓耐壓外，還要求這種電容器在電氣和機械性能方面有足夠的安全余量，避免在極端惡劣環境條件下出現擊穿短路現象，Y電容的耐壓性能對保護人身安全具有重要意義。

　　3、插入損耗的測試

　　EMI濾波器結構形式確定后必須用網絡阻抗特性測試儀測試其幅頻特性。因為由于電感分布電容，Cx、Cy的ESL，以及電路分布參數的影響，其高頻段的幅頻特性不是一條-40dB/DEC的直線，必須通過測試，不斷調整元器件參數及濾波器結構，以獲得滿意的差模、共模插入損耗特性曲線。

　　如測試設備允許，可在通以額定電流條件下測試EMI濾波器的插入損耗，因為電感在通以電流時，感量會變化，與小信號狀態測試會有一些差別。

　　需要特別說明的是，我們的插損的測試的條件是輸入與輸出的等效阻抗都為50歐姆的情況下。我們一般看到的市場上銷售的濾波器的插損也是在50歐姆輸出輸入時的參考值，因為我們電源的實際的等效阻抗可能并不是50歐姆，所以我們的插損的測量結果只能作為參考。但是總的變化趨勢是一致的。

　　4、EMI濾波器的優化

　　將EMI濾波器安裝在整流模塊外部，測試在額定負載（滿載）及半載條件下的傳導干擾。這樣做的目的是在優化EMI濾波器的各元器件參數時不受接地、機內輻射等條件的影響，容易排除其它因素，得到最優EMI濾波器。在用網絡分析儀測試EMI濾波器時已得出EMI濾波器各元件對各頻段的插入損耗的影響結果，可根據該結果以及傳導干擾的測試結果來優化EMI濾波器。

　　5、將EMI濾波器放入機內測試傳導干擾

　　如果EMI濾波器帶有屏蔽外殼，并且外殼接地良好，而且其輸入端遠離輸出端，電源輸入端口屏蔽良好且靠近外殼，傳導干擾的測試結果是比較理想的。但基于成本、結構、散熱等方面的考慮，有時達不到理想的條件，那么最好盡量遵循以上原則。