开关电源EMI滤波器设计 开关电源, 电源线, 滤波器

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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。电源EMI滤波器作为开关电源的辅助器件，可以有效地抑制开关电源中的传导干扰。
EMI滤波器又称作电源线滤波器，安装在电源线与设备之间，既能有效阻止外界的电磁干扰经电源线进入设备，又能阻挡设备自身工作中产生的电磁骚扰经电源线进入电网，所以EMI滤波器是电源抗干扰和干扰抑制设计中非常重要的器件。

电磁兼容性问题是衡量电子产品质量的一个重要指标，日益成为电子产品设计中的关键项目。在电源系统设计过程中，引入电磁兼容性设计，可以提高电源系统的整体抗干扰能力，延长系统的使用寿命，确保使用的安全性。

EMC电源线传导发射即CE102是用来测量EUT输入电源线上的传导发射的，而通过CE102 10 kHz~10 MHz电源线传导发射试验是当前几乎所有军用供电设备需满足的设计要求，EMI滤波器设计不当，将直接导致电源线传导发射超标，设计失败。

1 EMI 滤波器设计

传导型的EMI 噪声包括共模噪声和差模噪声两种。共模噪声存在于所有的交流相线和共模地之间，其产生来源被认为是电气回路之间绝缘电流以及电磁耦合等。差模噪声存在于交流相线之间，产生来源是脉动电流，开关器件的振铃电流以及二极管的反向恢复电流。所以在进行EMI滤波器设计时，以滤除共模噪声和差模噪声为目标开展设计。

本文设计了一个LC 滤波器作为EMI滤波器，其原理框图如图1虚线框中所示，图中负载为一高速开关电路。电路中L1和L2为共模电感，CX1，CX2，CX3，CY1，和CY1为滤波电容，L1，和L2，被设计用来抑制共模干扰，但由于实际电感在生产时的不对称，其对差模干扰也有一定的抑制作用，CX1，CX2和CX3并联在电源正负线两端，主要用来抑制差模干扰，而CY1 和CY2 分别从负、正电源线引出到共模地，主要用来抑制共模干扰。



图1 EMI滤波器原理框图



共模电感值的选取与负载情况有关，即电感值与其通过的额定电流有关，关系如表1所示。




LC滤波器的3 dB截止频率为：




对于共模等效电路，滤波器相当于一个LCL 滤波器，对于差模等效电路，滤波器相当于一个CL′CL′C′滤波器，均可通过公式（1）计算得出所需电容值，差模等效电路中，由于L′值为共模电感生产不精确引入的，值较小，计算时可忽略不计。