對(duì)于干擾電源濾波器想必大家應(yīng)該都不陌生，那么關(guān)于它你了解多少呢？你知道干擾電源濾波器是怎么設(shè)計(jì)的嗎？本文主要介紹的是關(guān)于干擾電源濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程。

電源濾波器

電源濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路，又名“電源EMI濾波器”，或是“EMI電源濾波器”，一種無(wú)源雙向網(wǎng)絡(luò)，它的一端是電源，另一端是負(fù)載。電源濾波器的原理就是一種——阻抗適配網(wǎng)絡(luò)：電源濾波器輸入、輸出側(cè)與電源和負(fù)載側(cè)的阻抗適配越大，對(duì)電磁干擾的衰減就越有效。濾波器可以對(duì)電源線中特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除，得到一個(gè)特定頻率的電源信號(hào)，或消除一個(gè)特定頻率后的電源信號(hào)。

電源濾波器的目的是在抑制電磁噪聲，噪聲的影響可分為以下二種：

發(fā)射（Emissions）：是要將由設(shè)備產(chǎn)生，影響電源或其他設(shè)備的噪聲降到法規(guī)（例如FCC part 15）允許值以下，例如由開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲。

抗擾（Immunity）：是要將進(jìn)入設(shè)備的噪聲降低到不會(huì)使設(shè)備出現(xiàn)異常動(dòng)作的程度，例如用在廣播電臺(tái)發(fā)射設(shè)備中的儀器。

電源濾波器要抑制的噪聲可分為以下的二種：

共模：在二條（或多條）電源線都相同的噪聲，可視為電源線對(duì)地的噪聲。

差模：電源線和電源線之間的噪聲。

同一個(gè)電源濾波器對(duì)于共模噪聲及差模噪聲的抑制能力會(huì)有所不同，一般會(huì)用頻率對(duì)應(yīng)抑制量（以分貝表示）的頻譜來(lái)說(shuō)明。

干擾電源濾波器設(shè)計(jì)

本文以關(guān)電源電磁干擾濾波器設(shè)計(jì)為例，介紹干擾電源濾波器設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程。

開(kāi)關(guān)電源EM I的產(chǎn)生機(jī)理

開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類(lèi)來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。現(xiàn)在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明:

　　EM I濾波器的插入損耗

　　插入損耗是濾波器重要的技術(shù)性能參數(shù)之一。設(shè)計(jì)EM I濾波器時(shí)考慮的中心問(wèn)題是，在保證濾波器滿(mǎn)足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，實(shí)現(xiàn)盡可能高的插入損耗。

　　EM I濾波器阻抗分析

　　EM I濾波器主要用于抑制進(jìn)出設(shè)備的電磁干擾，具有雙向抑制性。

　　由上文的分析可知，要使EM I濾波器對(duì)EM I信號(hào)有最佳的衰減效果，則濾波器阻抗應(yīng)與電源阻抗失配，失配越厲害，實(shí)現(xiàn)的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。

　　根據(jù)上述的原理，選用EM I濾波器結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循下列原則：

　?。?） EM I濾波器的串聯(lián)電感要接到低阻抗源或低阻抗負(fù)載;

　　（2） EM I濾波器的并聯(lián)電容要接到高阻抗源或高阻抗負(fù)載。

　　EM I濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究

　　濾波器是由電感和電容組成的低通濾波電路所構(gòu)成。由于干擾信號(hào)有差模和共模兩種，因此濾波器要對(duì)這兩種干擾都具有衰減作用。其基本原理為：

　?。?）利用電容通高頻隔低頻的特性，將電源正極、電源負(fù)極高頻干擾電流導(dǎo)入地線（共模） ，或?qū)㈦娫凑龢O高頻干擾電流導(dǎo)入電源負(fù)極（差模） ;

　　（2）利用電感線圈的阻抗特性，將高頻干擾電流反射回干擾源。

　　共模電感工作原理

　　如圖4所示，共模電感是在同一個(gè)磁環(huán)上由繞向相反、匝數(shù)相同的兩個(gè)繞組構(gòu)成。通常使用環(huán)形磁芯，具有漏磁小、效率高等特點(diǎn)。當(dāng)電流在兩個(gè)繞組中流過(guò)時(shí)為一進(jìn)一出，產(chǎn)生的磁場(chǎng)恰好抵消，使得共模電感對(duì)電流不起任何阻礙作用。如果共模噪聲電流通過(guò)共模電感，這種共模噪聲電流是同方向的，流經(jīng)兩個(gè)繞組時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)同相疊加，使得共模電感對(duì)干擾電流呈現(xiàn)出較大的感抗，由此起到了抑制共模干擾的作用

　　實(shí)際使用中共模電感兩個(gè)電感繞組由于繞制工藝的問(wèn)題會(huì)存在電感差值，不過(guò)這種差值正好被利用作差模電感。所以，一般電路中不再設(shè)置獨(dú)立的差模電感。

　　共模電感的漏感測(cè)量方式如圖5所示，將兩繞組其中一端連接，由另一端測(cè)量電感值，此測(cè)量到的感值即是共模電感的漏感量。

　　共模電感材料的選擇

　　制作共模電感，選用何種磁芯材料，除了必須注意防止磁芯飽和問(wèn)題外，還應(yīng)該考慮到磁芯的恒磁導(dǎo)特性，當(dāng)電感額定電流較大時(shí)，電感量是否減少，減少到什么程度，會(huì)不會(huì)達(dá)到飽和。

　　在繞制共模電感時(shí)，一般采用錳- 鋅鐵氧體、鎳- 鋅鐵氧體和微晶磁芯。

　　濾波電路設(shè)計(jì)

　　本例采用的開(kāi)關(guān)電源參數(shù)為： 輸入24V，輸出12V，功率為25W。

　　本濾波電路采用電源模塊前后各加一級(jí)的方式。其中共模電容為0. 01μF，差模電容為6800pF，共模電感采用錳- 鋅鐵氧體，每路繞31匝，電感量為3. 7mH。

　　濾波結(jié)果

　　在示波器帶寬為20MHz時(shí)，測(cè)得的濾波前后紋波分別為50mV和5mV。（以上紋波均在80%純阻性負(fù)載下測(cè)得）

　　干擾電源濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程中的接線

　　1、電源濾波器的不能存在電磁耦合路徑

　?、匐娫摧斎刖€過(guò)長(zhǎng)；

　?、陔娫礊V波器的輸入線和輸出線靠的過(guò)近。

　　此兩種都是不正確的安裝方式，問(wèn)題的本質(zhì)在于，濾波器的輸入端電線和它的輸出端電線之間存在有明顯的電磁耦合路徑。這樣一來(lái)，存在于濾波器某一端的EMI信號(hào)會(huì)逃脫濾波器對(duì)它的抑制，不經(jīng)過(guò)濾波器的衰減而直接耦合到濾波器的另一端去。因此濾波器輸入與輸出先需有效分開(kāi)。

　　另外，如上述兩種把電源濾波器都是安裝在設(shè)備屏蔽的內(nèi)部，設(shè)備內(nèi)部電路及元件上的EMI信號(hào)會(huì)因輻射在濾波器的（電源）端引線上生成EMI信號(hào)而直接耦合到設(shè)備外面去，使設(shè)備屏蔽喪失對(duì)內(nèi)部元件和電路產(chǎn)生的EMI輻射的抑制。當(dāng)然，如果濾波器（電源）上存在有EMI信號(hào)，也會(huì)因輻射而耦合到設(shè)備內(nèi)部的元件和電路上，從而破壞濾波器和屏蔽對(duì)EMI信號(hào)的抑制作用。所以起不到效果。

　　2、不能將線纜捆扎在一塊

　　一般來(lái)說(shuō)，在電子設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)安裝電源濾波器時(shí)要注意的是，在捆扎設(shè)備電纜時(shí)，千萬(wàn)不能把濾波器（電源）端和（負(fù)載）端的電線捆扎在一起，因?yàn)檫@無(wú)疑加劇了濾波器輸入輸出端之間的電磁耦合，嚴(yán)重破壞了濾波器和設(shè)備屏蔽對(duì)EMI信號(hào)的抑制能力。

　　3、要盡量避免使用長(zhǎng)接地線

　　電源濾波器輸出端連接變頻器或電機(jī)的接線長(zhǎng)度不超過(guò)30厘米為宜。

　　因?yàn)檫^(guò)長(zhǎng)的接地線意味著大大增加接地電感和電阻，它會(huì)嚴(yán)重破壞濾波器的共模抑制能力。較好方法是，用金屬螺釘與星形彈簧墊圈把濾波器的屏蔽牢牢地固定在設(shè)備電源入口處的機(jī)殼上。

　　濾波器的正確安裝方法

　　4、電源濾波器輸入線、輸出線必須拉開(kāi)距離

　　電源濾波器輸入線、輸出線必須拉開(kāi)距離，切忌并行，以免降低濾波器效能。

　　5、電源濾波器外殼與機(jī)箱殼必須良好接觸

　　變頻器專(zhuān)用濾波器金屬殼與機(jī)箱殼必須保證良好面接觸，并將接地線接好。

　　6、電源濾波器的連接線宜選用雙絞線

　　電源濾波器的輸入、輸出連接線以選用屏蔽雙絞線為佳，它可有效消除部分高頻干擾信號(hào)。

　　結(jié)語(yǔ)

　　對(duì)于干擾電源濾波器設(shè)計(jì)，本文首先對(duì)開(kāi)關(guān)電源EM I的產(chǎn)生進(jìn)行了闡述，然后重點(diǎn)分析了EM I濾波器的設(shè)計(jì)原理，尤其是對(duì)其中起很重要作用的共模電感進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，最后在上述理論的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了針對(duì)某一型號(hào)開(kāi)關(guān)電源的EM I濾波電路，并取得了較好的效果。至此關(guān)于干擾電源濾波器設(shè)計(jì)就介紹完了，希望通過(guò)本文能對(duì)你有所幫助。