直流電源EMI濾波器的設計

直流電源EMI濾波器的設計原則、網路結構、參數選擇

1 設計原則-滿足最大阻抗失配
    插入損耗要儘可能增大，即儘可能增大信號的反射。設電源的輸出阻抗和與之端接的濾波器的輸人阻抗分別為ZO和ZI，根據信號傳輸理論，當ZO≠ZI時，在濾波器的輸入埠會發生反射，反射係數
p＝(ZO－ZI)/(ZO＋ZI)
    顯然，ZO與ZI相差越大，p便越大，埠產生的反射越大，EMI信號就越難通過。所以，濾波器輸入埠應與電源的輸出埠處於失配狀態，使EMI信號產生反射。同理，濾波器輸出埠應與負載處於失配狀態，使EMI信號產生反射。即濾波器的設什應遵循下列原則：

• 源內阻是高阻的，則濾波器輸人阻抗就應該是低阻的，反之亦然。
• 負載是高阻的，則濾波器輸出阻抗就應該是低阻的，反之亦然。

    對於EMI信號，電感是高阻的，電容是低阻的，所以，電源EMI濾波器與源或負載的端接應遵循下列原則：

• 如果源內阻或負載是阻性或感性的，與之端接的濾波器介面就應該是容性的。
• 如果源內阻或負載是容性的，與之端接的濾波器介面就應該是感性的。

2 EMI濾波器的網路結構
    EMI信號包括共模干擾信號CM 和差模干擾信號DM，CM 和DM 的分佈如圖1所示。它可用來指導如何確定EMI濾波器的網路結構和參數。
 
    EMI濾波器的基本網路結構如圖2 所示。
 
    上述4種網路結構是電源EMI濾波器的基本結構，但是在選用時，要注意以下的間題：

1. 雙向濾波功能——電網對電源、電源對電網都應該有濾波功能。
2. 能有效地抑制差模干擾和共模干擾——工程設計中重點考慮共模干擾的抑制。
3. 最大程度地滿足阻抗失配原則。

幾種實際使用的電源EMI濾波器的網路結構如圖3 所示。
 

3 電源EMI濾波器的參數確定方法
a）放電電阻的取值
    在允許的情況下，電阻取值要求越小越好，需要考慮以下情況：
第一，電阻要求採用二級降額使用，保證可靠性。降額係數為0.75 V，0. 6 W。根據歐姆定律可求出n＞（0.75Ve）²/（0.6 Pe）。
第二，經過雷擊浪涌後有殘壓，其瞬時值一般在1000 V取值；其瞬時功率值不能超過額
定功率值的4倍，也可求出R＞(Vcy)²/（4Pe）。
兩者綜合考慮取R值，一般情況下，電阻R的取值為75－200 K 之間。功率為2－3 W。金屬膜電阻。
b）Cx 電容的取值
    在允許的情況下，容量要求越大越好，其值很難確切地估算出來，一般情況下，要求取值在l－5uf之間（對每個電容）。電容的耐壓值必須經過雷擊浪涌后取值，有殘壓，其瞬時值一般在1000V／s時不損壞，按二級降額的原則選取，取值在275 V，頻率特性與電容的取值有關，取值越小，頻率特性越好。
c）Cy 電容的取值
     在允許的情況下，容量要求越大越好，其值很難確切地估算出來，但是不能太大，太大則漏電流較大，一般情況下，要求取值在2 200－4 700 pf 之間（對每個電容）。電容的耐壓值必須經過雷擊浪涌后取值，有殘壓，其瞬時值一般在1000V／S 時不損壞，按二級降額的原則選取，取值275 V，頻率特性與電容的取值有關，取值越小，頻率特性越好。Cx 電容和Cy 電容，一般都是通過較小的電容並聯來滿足容量的要求，這樣濾波器的高頻特性好。
d) 電感的取值
    材料的選取原則——從以下幾個方面考慮：
第一，磁芯材料的頻率範圍要寬，要保證最高頻率在1GHz，即在很寬的頻率範圍內有比較穩定的磁導率。
第二，磁導率高，但是在實際中很難滿足這一要求，所以，磁導率往往是分段考慮的。磁芯材料一般是鐵氧體。
電感量的估算——考慮阻抗和頻率。共模扼流圈取值 1.5－5 mH，差模扼流圈取值為 10－50uH；。

4 直流電源EMI濾波器的安裝耍求
    濾波器對電磁干擾的抑制作用不僅取決於濾波器本身的設計和它的實際工作條件，而且在很大程度上還取決於濾波器的安裝情況。
    濾波器引線與安裝位置也是很重要的問題。這是考慮到電源線除了沿電源線的傳導時會傳輸電磁干擾外，還會在傳輸過程中將電磁干擾輻射出去，對附近的敏感電路（或設備）造成輻射耦合。因此必須考慮濾波器的輸人線和輸出線之間不存在耦合，否則會導致濾波器的性能下降。為此，濾波器的輸人線最好不直接引人設備內部，而是經過濾波之後才進入設備內部，利用設備機殼的自然屏蔽作用，把電源產生的輻射場排除在設備外部。電源輸人線不要過長。濾波器的安裝位置要緊靠電源人口。濾波器輸入線和輸出線不要靠得太近。濾波器要良好接地，並且不能單根線按地，要與金屬機殼大面積接觸。濾波器的引腳或引線要儘可能的短。濾波器如果要和其它電路相連接，最好用接插件。

5 總結

1. 濾波器金屬外殼與機箱殼必須保證良好的接觸，並將接地線接好。
2. 濾波器輸人線、輸出線必須有一定的距離，避免濾波器性能下降。
3. 濾波器的連線以選用雙絞線為佳，可以消除部分高頻干擾。
4. 濾波器的安裝位置應首選在電源入口處，以縮短輸入線在機箱內的長度，減小輻射干擾
5. 濾波器的選用主要考慮其插人損耗，生產廠商所給出的曲線一般取自 50Ω 系統測試的結果，而實際應用的系統一般不在50Ω，插人損耗會有一些偏差，實際應用中電源濾波器是帶通濾波器，要注意高頻特性的影響。
6. 濾波器選用的第2點是要注意工作電壓，工作電流和漏電流，以免影響使用。
7. 濾波器的低頻特性性能與體積有關，如果希望低頻性能好，一般以犧牲體積為代價。