複雜的電磁環境要求電子設備及電源具有更高的電磁兼容性。於是抑製電磁幹擾的技術也越來越受到重視。

 

接地、屏蔽和濾波是抑製電磁幹擾的三大措施
，下麵主要介紹在電源中使用的EMI濾波器及其基本原理和正確應用方法。

 

電源設備中噪聲濾波器的作用

 

電子設備的供電電源，如220V/50Hz交流電網或115V/400Hz交流發電機，都存在各式各樣的EMI噪聲。

 

其中人為的EMI幹擾源，如各種雷達
、導航
、tongxindengshebeidewuxiandianfashexinhao，huizaidianyuanxianshanghedianzishebeidelianjiedianlanshangganyingchudianciganraoxinhao，diandongxuanzhuanjixiehedianhuoxitong，huizaiganxingfuzaidianluneichanshengshuntaiguochenghefushezaoshengganrao；

 

還(hai)有(you)自(zi)然(ran)幹(gan)擾(rao)源(yuan)
，比(bi)如(ru)雷(lei)電(dian)放(fang)電(dian)現(xian)象(xiang)和(he)宇(yu)宙(zhou)中(zhong)天(tian)電(dian)幹(gan)擾(rao)噪(zao)聲(sheng)，前(qian)者(zhe)的(de)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)短(duan)但(dan)能(neng)量(liang)很(hen)大(da)，後(hou)者(zhe)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)很(hen)寬(kuan)。另(ling)外(wai)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)元(yuan)器(qi)件(jian)本(ben)身(shen)工(gong)作(zuo)時(shi)也(ye)會(hui)產(chan)生(sheng)熱(re)噪(zao)聲(sheng)等(deng)。

 

這些電磁幹擾噪聲，通過輻射和傳導耦合的方式，會影響在此環境中運行的各種電子設備的正常工作。

 

另一方麵，電子設備在工作時也會產生各種各樣的電磁幹擾噪聲。比如數字電路是采用脈衝信號（方波）來lai表biao示shi邏luo輯ji關guan係xi的de
，對dui其qi脈mai衝chong波bo形xing進jin行xing付fu裏li葉ye分fen析xi可ke知zhi
，其qi諧xie波bo頻pin譜pu範fan圍wei很hen寬kuan。另ling外wai在zai數shu字zi電dian路lu中zhong還hai有you多duo種zhong重zhong複fu頻pin率lv的de脈mai衝chong串chuan，這zhe些xie脈mai衝chong串chuan包bao含han的de諧xie波bo更geng豐feng富fu，頻pin譜pu更geng寬kuan，產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao噪zao聲sheng也ye更geng複fu雜za。

 

各類穩壓電源本身也是一種電磁幹擾源。在線性穩壓電源中
，因整流而形成的單向脈動電流也會引起電磁幹擾；開關電源具有體積小，效率高的優點，在現代電子設備中應用越來越廣泛
，但是因為它在功率變換時處於開關狀態，本身就是很強的EMI噪聲源
，其產生的EMI噪(zao)聲(sheng)既(ji)有(you)很(hen)寬(kuan)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)
，又(you)有(you)很(hen)高(gao)的(de)強(qiang)度(du)。這(zhe)些(xie)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)噪(zao)聲(sheng)也(ye)同(tong)樣(yang)通(tong)過(guo)輻(fu)射(she)和(he)傳(chuan)導(dao)的(de)方(fang)式(shi)汙(wu)染(ran)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)，從(cong)而(er)影(ying)響(xiang)其(qi)它(ta)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。

 

對電子設備來說，當EMI噪聲影響到模擬電路時，會使信號傳輸的信噪比變壞，嚴重時會使要傳輸的信號被EMI噪聲所淹沒，而無法進行處理。當EMI噪聲影響到數字電路時，會引起邏輯關係出錯，導致錯誤的結果。

 

對於電源設備來說

，其內部除了功率變換電路以外

，還有驅動電路、控製電路、保護電路、shurushuchudianpingjiancedianludeng，dianluxiangdangfuza。zhexiedianluzhuyaoyoutongyonghuozhuanyongjichengdianlugoucheng，dangshoudianciganraoerfashengwudongzuoshi
，huishidianyuantingzhigongzuo，daozhidianzishebeiwufazhengchanggongzuo。

 

采用電網噪聲濾波器可有效地防止電源因外來電磁噪聲幹擾而產生誤動作。

 

 

另外
，從電源輸入端進入的EMIzaosheng，qiyibufenkechuxianzaidianyuandeshuchuduan
，tazaidianyuandefuzaidianluzhonghuichanshengganyingdianya，chengweidianluchanshengwudongzuohuoganraodianluzhongchuanshuxinhaodeyuanyin。zhexiewentitongyangyekeyongzaoshenglvboqilaijiayifangzhi。

 

在電源設備中采用噪聲濾波器的作用如下：

 

（1）防止外來電磁噪聲幹擾電源設備本身控製電路的工作
；

（2）防止外來電磁噪聲幹擾電源的負載的工作
；

（3）抑製電源設備本身產生的EMI；

（4）抑製由其它設備產生而經過電源傳播的EMI。

 

kaiguandianyuanbenshenzaigongzuoshiyijidianzishebeichuyukaiguangongzuozhuangtaishi，douhuizaidianyuanshebeideshuruduanchuxianzhongduanzaosheng，chanshengfushejichuandaoganrao

，yehuijinrujiaoliudianwangganraoqitadedianzishebei，suoyibixucaiquyouxiaocuoshijiayiyizhi。

 

在抑製EMI噪聲的輻射幹擾方麵

，電磁屏蔽是最好的方式。而在抑製EMI噪聲的傳導幹擾方麵，采用EMI濾波器是很有效的手段
，當然應配合良好的接地措施。

 

在國際上各個國家都實行了嚴格的電磁噪聲限製規則，如美國有FCC，德國有FTZ，VDE等標準。如電子設備不滿足噪聲限製規則，則產品就不能出售和使用。

 

由於上述種種原因，在電源設備中必須要設計使用滿足要求的電網噪聲濾波器。

 

EMI噪聲和濾波器的類型

 

在電源設備輸入引線上存在二種EMI噪聲：共模噪聲和差模噪聲，如圖1所示。

 

把在交流輸入引線與地之間存在的EMI噪聲叫作其共模噪聲，它可看作為在交流輸入線上傳輸的電位相等、相位相同的幹擾信號

，即圖1的電壓V1 和V2。

 

而把交流輸入引線之間存在的EMI噪聲叫作差模噪聲，它可看作為在交流輸入線傳輸的相位差180°的幹擾信號，即圖1中的電壓V3。

 

共模噪聲是從交流輸入線流入大地的幹擾電流，差模噪聲是在交流輸入線之間流動的幹擾電流。

 

對任何電源輸入線上的傳導EMI噪聲，都可以用共模和差模噪聲來表示，並且可把這二種EMI噪聲看作獨立的EMI源來分別抑製。

 

在zai對dui電dian磁ci幹gan擾rao噪zao聲sheng采cai取qu抑yi製zhi措cuo施shi時shi，主zhu要yao應ying考kao慮lv抑yi製zhi共gong模mo噪zao聲sheng，因yin為wei共gong模mo噪zao聲sheng在zai全quan頻pin域yu特te別bie在zai高gao頻pin域yu占zhan主zhu要yao部bu分fen
，而er在zai低di頻pin域yu差cha模mo噪zao聲sheng占zhan比bi例li較jiao大da，所suo以yi應ying根gen據juEMI噪聲的這個特點來選擇適當的EMI濾波器。

 

電源用噪聲濾波器按形狀可分為一體化式和分立式。

 

一體化式是將電感線圈


、電容器等封裝在金屬或塑料外殼中
；

 

分立式是在印製板上安裝電感線圈

、電容器等，構成抑製噪聲濾波器。到底采用哪種形式要根據成本、特性
、安裝空間等來確定。

 

一體化式成本高，特性較好
，安裝靈活；分立式成本較低，但屏蔽不好，可自由分配在印製板上。

 

噪聲濾波器的基本結構

 

電源EMI噪聲濾波器是一種無源低通濾波器
，它無衰減地將交流電傳輸到電源，而大大衰減隨交流電傳入的EMI噪聲
；同時又能有效地抑製電源設備產生的EMI噪聲，阻止它們進入交流電網幹擾其它電子設備。

 

單相交流電網噪聲濾波器的基本結構如圖2所示。它是由集中參數元件組成的四端無源網絡，主要使用的元件是共模電感線圈L1、L2，差模電感L3、L4
，以及共模電容CY1、CY2和差模電容器CX。

 

若將此濾波器網絡放在電源的輸入端，則L1 與CY1及L2與CY2分別構成交流進線上兩對獨立端口之間的低通濾波器，可衰減交流進線上存在的共模幹擾噪聲
，阻止它們進入電源設備。

 

共模電感線圈用來衰減交流進線上的共模噪聲，其中L1和L2一般是在閉合磁路的鐵氧體磁芯上同向卷繞相同匝數
，接入電路後在L1、L2兩個線圈內交流電流產生的磁通相互抵消，不致使磁芯引起磁通飽和，又使這兩個線圈的電感值在共模狀態下較大，且保持不變。

 

差模電感線圈L3、L4與差模電容器CX構成交流進線獨立端口間的一個低通濾波器，用來抑製交流進線上的差模幹擾噪聲，防止電源設備受其幹擾。

 

圖2所示的電源噪聲濾波器是無源網絡，它具有雙向抑製性能。

 

將它插入在交流電網與電源之間，相當於這二者的EMI噪聲之間加上一個阻斷屏障，這樣一個簡單的無源濾波器起到了雙向抑製噪聲的作用，從而在各種電子設備中獲得了廣泛應用。

 

噪聲濾波器的主要設計原則

 

共模電感線圈使用的磁芯有環形、E形和U形等
，材料一般采用鐵氧體
，環形磁芯適用於大電流小電感量，它的磁路比E形和U形長，沒有間隙，用較少的圈數可獲得較大的電感量，由於這些特點它具有較佳的頻率特性。

 

而E形(xing)磁(ci)芯(xin)的(de)線(xian)圈(quan)泄(xie)漏(lou)磁(ci)通(tong)小(xiao)，故(gu)當(dang)電(dian)感(gan)漏(lou)磁(ci)有(you)可(ke)能(neng)影(ying)響(xiang)其(qi)它(ta)電(dian)路(lu)或(huo)其(qi)它(ta)電(dian)路(lu)與(yu)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)有(you)磁(ci)耦(ou)合(he)，而(er)不(bu)能(neng)獲(huo)得(de)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)噪(zao)聲(sheng)衰(shuai)減(jian)效(xiao)果(guo)時(shi)應(ying)考(kao)慮(lv)采(cai)用(yong)E形磁芯作成共模電感。

 

差模電感線圈一般采用金屬粉壓磁芯

，由於粉壓磁芯適用頻率範圍較低
，在幾十kHz～幾MHz
，其直流重疊特性好，在大電流應用時電感量也不會大幅下降
，最適合作為差模電感。

 

圖2中，電源噪聲濾波器使用二種電容器，CX
、CY1和CY2
，它們在濾波器中的作用不同，還有不同的安全等級要求，因此其性能參數直接與濾波器的安全性能有關。

 

差模電容CX接在交流電進線兩端，它上麵除加有額定交流電壓以外，還會疊加交流進線之間存在的各種EMI峰值電壓。所以該電容器的耐壓及耐瞬態峰值電壓的性能要求較高
，同時要求該電容器失效後，不能危及後麵電路及人身安全。CX電容器的安全等級又分為X1和X2兩類
，X1類適用於一般場合，X2類適用於會出現高的噪聲峰值電壓的應用場合。

 

共模電容CY接(jie)在(zai)交(jiao)流(liu)電(dian)進(jin)線(xian)與(yu)機(ji)殼(ke)地(di)之(zhi)間(jian)，要(yao)求(qiu)它(ta)們(men)在(zai)電(dian)氣(qi)和(he)機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)上(shang)
，應(ying)有(you)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)安(an)全(quan)餘(yu)量(liang)，萬(wan)一(yi)它(ta)們(men)發(fa)生(sheng)擊(ji)穿(chuan)短(duan)路(lu)，將(jiang)使(shi)設(she)備(bei)機(ji)殼(ke)帶(dai)上(shang)危(wei)險(xian)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)
，如(ru)設(she)備(bei)的(de)絕(jue)緣(yuan)或(huo)接(jie)地(di)保(bao)護(hu)失(shi)效(xiao)，可(ke)能(neng)使(shi)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)遭(zao)受(shou)電(dian)擊(ji)，甚(shen)至(zhi)危(wei)及(ji)人(ren)身(shen)安(an)全(quan)。

 

因此對CYdianrongqiderongliangyaojinxingxianzhi
，shiqizaiedingpinlvdedianyaxialoudianliuxiaoyuanquanguifanzhi。lingwaihaiyaoqiuqiyingyouzugoudenaiyajinaishuntaigaofengzhidianyadeyuliang，bingqiewanyifashengdianyajichuantayingchuyukailuzhuangtai，erbuhuishishebeijikedaidian。

 

綜上所述，在設計和選擇電網噪聲濾波器時
，因為它們工作在高電壓、大電流
、惡劣的電磁幹擾環境中，首先必須考慮所用電感器和電容器的安全性能。

 

對於電感線圈，其磁芯、繞線的材料
，絕緣材料和絕緣距離、線圈溫升等都應予重視。對於電容器，其電容種類

、耐壓、安全等級
、容量、漏電流等都應優先考慮，特別要求選擇經過國際安全機構安全認證的產品。

 

濾波器的安全性能參數

 

6.1濾波器與漏電流

 

電網濾波器漏電流定義為：在額定交流電壓下，濾波器外殼到交流進線任一端的電流。

 

如果濾波器的所有端口與外殼之間是完全絕緣的，則漏電流的值
，主要取決於共模電容CY的漏電流，即主要取決於CY的容量。由於濾波器漏電流的大小，涉及到人身安全
，國際上各國對此都有嚴格的標準規定。對於220V/50Hz 交流電網供電，一般要求噪聲濾波器的漏電流小於1mA。

 

6.2濾波器與試驗電壓

 

對於交流電網噪聲濾波器
，試驗電壓分為兩種：

 

一種是加在交流進線兩端，即線—線試驗電壓。若電感線圈及引線是絕緣良好的
，它主要取決於電容器CX的耐壓；

 

另一種是加在交流進線任一端與機殼地之間，即線—地試驗電壓。它主要取決於CY的耐壓。

 

漏電流和試驗電壓都是噪聲濾波器的安全性能參數
，是濾波器中電感線圈、絕緣和電容器CX、CY安全性能的具體表現，並且與設備及人身安全緊密相關。因此在電網噪聲濾波器的設計
、生產和使用中，都要特別加以重視，把這些技術參數的認證和檢驗放在首位。

 

濾波器的技術參數及正確使用

 

（1）插入損耗是噪聲濾波器的重要技術參數之一，在設計和選用時應予主要考慮。

 

在濾波器的安全、常規電氣性能
、環境及機械等條件都滿足要求時，應盡量選擇插入損耗值大些。

 

插入損耗的定義如圖3所示，當沒接濾波器時

，信號源輸出電壓為V1，當濾波器接入後，在濾波器輸出端測得信號源的電壓為V2。若信號源輸出阻抗與接收機輸入阻抗相等
，都是50Ω，則濾波器的插入損耗為：IL=20log（V1/V2）（1）

 

4

 

因為電源噪聲濾波器能衰減共模和差模噪聲
，所以它即有共模插入損耗
，又有差模插入損耗。

 

但在實際選用濾波器時
，應注意產品手冊給出的插入損耗曲線，都是按照標準規定，在其輸入和輸出阻抗都為50Ω條件下測得的。因為實際的濾波器兩端阻抗不一定在全頻率範圍內是50Ω
，所以它對EMI信號的衰減
，並不等於產品手冊中給出的插入損耗值。特別當使用安裝不當時
，還會遠遠小於標準給定的插入損耗。

 

（2）電源噪聲濾波器是一種具有互易性的無源網絡。

 

在實際應用中為使它有效地抑製噪聲應合理配接。按圖4所示組合來選擇濾波器的網絡結構和參數，才能得到較好的EMI抑製效果。

 

當dang濾lv波bo器qi的de輸shu出chu阻zu抗kang與yu負fu載zai阻zu抗kang不bu相xiang等deng時shi，在zai此ci端duan口kou上shang會hui產chan生sheng反fan射she
，兩liang個ge阻zu抗kang相xiang差cha越yue大da，端duan口kou產chan生sheng的de反fan射she也ye越yue大da。當dang濾lv波bo器qi兩liang端duan阻zu抗kang都dou與yu外wai部bu阻zu抗kang不bu相xiang等deng時shi
，則ze EMI信號將在其輸入和輸出端都產生反射。

 

這時電源濾波器對電磁幹擾噪聲的衰減

，就與濾波器固有的插入損耗和反射損耗有關，可利用這點更有效地抑製電磁幹擾噪聲。

 

在實際設計和選擇使用EMI濾lv波bo器qi時shi
，要yao注zhu意yi濾lv波bo器qi阻zu抗kang的de正zheng確que連lian接jie，以yi造zao成cheng盡jin可ke能neng大da的de反fan射she，使shi濾lv波bo器qi在zai很hen寬kuan的de頻pin率lv範fan圍wei內nei造zao成cheng較jiao大da的de阻zu抗kang失shi配pei，從cong而er得de到dao更geng好hao的de電dian磁ci幹gan擾rao抑yi製zhi性xing能neng。

 

（3）在電源濾波器的實際應用中，要求其外殼與係統地之間有良好的電氣連接，且應使接地線盡量短。

 

因為過長的接地線會加大接地電阻和電感，而嚴重削減濾波器的共模抑製能力，同時也會產生公共接地阻抗耦合的問題。如圖5所示，接地線過長，則濾波器輸入和輸出之間的公共耦合阻抗Zg也過大
，負載上電壓為：V0=VZ＋Vg=VZ＋（Ii－IO）Zg（2）式中：Ii為濾波器交流輸入電路的噪聲電流
；IO為濾波器輸出電路的噪聲電流。

 

由式（2）可知，電磁幹擾信號經過濾波器衰減後，在輸出端的噪聲電流大大小於輸入端的噪聲電流
，即公共接地阻抗引起的壓降（Ii－IO）Zg將很大，在Zg上將產生一個很高的電磁幹擾電壓

，經過公共接地回路耦合到濾波器的輸出端，從而大大減弱噪聲濾波器對EMI噪聲的抑製能力。

 

jianxiaogonggongzukangouhedezuihaofangfa，jiushijiezhushebeidediancipingbi，bazaoshenglvboqideshuruduanyushuchuduangelikai
，tongshilvboqidejiedixianyaojinliangduan
，zheyangjibalvboqishuruyushuchuduanjiancunzaidedianciouhejiangdaozuidichengdu
，youbupohuaishebeidepingbijiegouduiyudianciganraozaoshengdeyizhizuoyong。

理想的電源噪聲濾波器安裝方式如圖6所示。

 

（4）綜上所述

，電源噪聲濾波器的使用應注意如下幾點：
 

①濾波器應盡量靠近設備交流電入口處安裝
，應使未經過濾波器的交流進線在設備內盡量短
；

 

②濾波器中的電容器引線應盡可能短，以免引線感抗和容抗在較低頻率上產生諧振；

 

③濾波器接地線上有大的電流流過
，會產生電磁輻射，應對濾波器進行良好的屏蔽和接地
；

 

④濾波器的輸入線和輸出線不能捆紮在一起
，布線時盡量增大其間距離
，以減小它們之間的耦合，可加隔板或屏蔽層。

 

結語

 

電dian磁ci幹gan擾rao濾lv波bo器qi的de設she計ji和he選xuan用yong，主zhu要yao依yi據ju噪zao聲sheng幹gan擾rao特te性xing和he係xi統tong電dian磁ci兼jian容rong性xing的de要yao求qiu，在zai了le解jie電dian磁ci幹gan擾rao的de頻pin率lv範fan圍wei，估gu計ji幹gan擾rao的de大da致zhi量liang級ji的de基ji礎chu上shang進jin行xing。

 

首先要了解濾波器的使用環境（使用電壓、負載電流、環境溫濕度、振動衝擊、安裝方式和位置等）

，要重點考慮其安全性能參數，因為關係到設備及人身安全。

 

還要使濾波器對EMI噪(zao)聲(sheng)產(chan)生(sheng)最(zui)佳(jia)的(de)抑(yi)製(zhi)效(xiao)果(guo)。應(ying)根(gen)據(ju)接(jie)入(ru)電(dian)路(lu)的(de)要(yao)求(qiu)
，以(yi)產(chan)生(sheng)最(zui)大(da)阻(zu)抗(kang)不(bu)匹(pi)配(pei)的(de)原(yuan)則(ze)來(lai)選(xuan)擇(ze)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)網(wang)絡(luo)結(jie)構(gou)和(he)參(can)數(shu)。為(wei)了(le)獲(huo)得(de)最(zui)佳(jia)的(de)電(dian)磁(ci)噪(zao)聲(sheng)衰(shuai)減(jian)特(te)性(xing)

，濾(lv)波(bo)器(qi)應(ying)該(gai)正(zheng)確(que)地(di)安(an)裝(zhuang)在(zai)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)上(shang)。

 

 

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