隨著現代科學技術的飛速發展，電子
、電力電子、電氣設備應用越來越廣泛，它們在運行中產生的高密度、寬(kuan)頻(pin)譜(pu)的(de)電(dian)磁(ci)信(xin)號(hao)充(chong)滿(man)整(zheng)個(ge)空(kong)間(jian)，形(xing)成(cheng)複(fu)雜(za)的(de)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)。複(fu)雜(za)的(de)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)要(yao)求(qiu)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)及(ji)電(dian)源(yuan)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)。於(yu)是(shi)抑(yi)製(zhi)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)技(ji)術(shu)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)受(shou)到(dao)重(zhong)視(shi)。接(jie)地(di)、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）laibiaoshiluojiguanxide
，duiqimaichongboxingjinxingfuliyefenxikezhi，qixiebopinpufanweihenkuan。lingwaizaishuzidianluzhonghaiyouduozhongzhongfupinlvdemaichongchuan，zhexiemaichongchuanbaohandexiebogengfengfu

，pinpugengkuan
，chanshengdedianciganraozaoshengyegengfuza。

 

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。caiyongdianwangzaoshenglvboqikeyouxiaodifangzhidianyuanyinwailaidiancizaoshengganraoerchanshengwudongzuo。

圖 1 電磁幹擾信號示意圖

 

 

圖 2 電源濾波器的基本電路圖

 

另外，從電源輸入端進入的 EMI zaosheng，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。

 

開kai關guan電dian源yuan本ben身shen在zai工gong作zuo時shi以yi及ji電dian子zi設she備bei處chu於yu開kai關guan工gong作zuo狀zhuang態tai時shi，都dou會hui在zai電dian源yuan設she備bei的de輸shu入ru端duan出chu現xian終zhong端duan噪zao聲sheng
，產chan生sheng輻fu射she及ji傳chuan導dao幹gan擾rao

，也ye會hui進jin入ru交jiao流liu電dian網wang幹gan擾rao其qi它ta的de電dian子zi設she備bei，所suo以yi必bi須xu采cai取qu有you效xiao措cuo施shi加jia以yi抑yi製zhi。在zai抑yi製zhi 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ju EMI 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fen別bie構gou成cheng交jiao流liu進jin線xian上shang兩liang對dui獨du立li端duan口kou之zhi間jian的de低di通tong濾lv波bo器qi，可ke衰shuai減jian交jiao流liu進jin線xian上shang存cun在zai的de共gong模mo幹gan擾rao噪zao聲sheng
，阻zu止zhi它ta們men進jin入ru電dian源yuan設she備bei。共gong模mo電dian感gan線xian圈quan用yong來lai衰shuai減jian交jiao流liu進jin線xian上shang的de共gong模mo噪zao聲sheng，其qi中zhong 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 jiezaijiaoliudianjinxianyujikedizhijian，yaoqiutamenzaidianqihejixiexingnengshang，yingyouzugoudadeanquanyuliang
，wanyitamenfashengjichuanduanlu
，jiangshishebeijikedaishangweixiandejiaoliudian
，rushebeidejueyuanhuojiedibaohushixiao，kenengshicaozuorenyuanzaoshoudianji，shenzhiweijirenshenanquan。yincidui CY dianrongqiderongliangyaojinxingxianzhi
，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

濾波器與漏電流

電網濾波器漏電流定義為：在zai額e定ding交jiao流liu電dian壓ya下xia，濾lv波bo器qi外wai殼ke到dao交jiao流liu進jin線xian任ren一yi端duan的de電dian流liu。如ru果guo濾lv波bo器qi的de所suo有you端duan口kou與yu外wai殼ke之zhi間jian是shi完wan全quan絕jue緣yuan的de，則ze漏lou電dian流liu的de值zhi，主zhu要yao取qu決jue於yu共gong模mo電dian容rong 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。

 

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)

 

 

圖 3 插入損耗的定義

 

 

圖 4 濾波器網絡結構的選擇

 

 

圖 5 公共阻抗耦合的等效電路

 

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。

 

danglvboqideshuchuzukangyufuzaizukangbuxiangdengshi
，zaiciduankoushanghuichanshengfanshe，lianggezukangxiangchayueda，duankouchanshengdefansheyeyueda。danglvboqiliangduanzukangdouyuwaibuzukangbuxiangdengshi，ze EMI 信xin號hao將jiang在zai其qi輸shu入ru和he輸shu出chu端duan都dou產chan生sheng反fan射she。這zhe時shi電dian源yuan濾lv波bo器qi對dui電dian磁ci幹gan擾rao噪zao聲sheng的de衰shuai減jian，就jiu與yu濾lv波bo器qi固gu有you的de插cha入ru損sun耗hao和he反fan射she損sun耗hao有you關guan，可ke利li用yong這zhe點dian更geng有you效xiao地di抑yi製zhi電dian磁ci幹gan擾rao噪zao聲sheng。在zai實shi際ji設she計ji和he選xuan擇ze使shi用yong EMI lvboqishi，yaozhuyilvboqizukangdezhengquelianjie，yizaochengjinkenengdadefanshe，shilvboqizaihenkuandepinlvfanweineizaochengjiaodadezukangshipei，congerdedaogenghaodedianciganraoyizhixingneng。

 

（3）在zai電dian源yuan濾lv波bo器qi的de實shi際ji應ying用yong中zhong
，要yao求qiu其qi外wai殼ke與yu係xi統tong地di之zhi間jian有you良liang好hao的de電dian氣qi連lian接jie，且qie應ying使shi接jie地di線xian盡jin量liang短duan，因yin為wei過guo長chang的de接jie地di線xian會hui加jia大da接jie地di電dian阻zu和he電dian感gan，而er嚴yan重zhong削xue減jian濾lv波bo器qi的de共gong模mo抑yi製zhi能neng力li，同tong時shi也ye會hui產chan生sheng公gong共gong接jie地di阻zu抗kang耦ou合he的de問wen題ti。如ru圖tu 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。

 

減jian小xiao公gong共gong阻zu抗kang耦ou合he的de最zui好hao方fang法fa
，就jiu是shi借jie助zhu設she備bei的de電dian磁ci屏ping蔽bi
，把ba噪zao聲sheng濾lv波bo器qi的de輸shu入ru端duan與yu輸shu出chu端duan隔ge離li開kai，同tong時shi濾lv波bo器qi的de接jie地di線xian要yao盡jin量liang短duan，這zhe樣yang既ji把ba濾lv波bo器qi輸shu入ru與yu輸shu出chu端duan間jian存cun在zai的de電dian磁ci耦ou合he降jiang到dao最zui低di程cheng度du，又you不bu破po壞huai設she備bei的de屏ping蔽bi結jie構gou對dui於yu電dian磁ci幹gan擾rao噪zao聲sheng的de抑yi製zhi作zuo用yong。

 

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。

 

 

圖 6 濾波器的正確安裝方法

 

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shou先xian要yao了le解jie濾lv波bo器qi的de使shi用yong環huan境jing(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 zaoshengchanshengzuijiadeyizhixiaoguo。yinggenjujierudianludeyaoqiu，yichanshengzuidazukangbupipeideyuanzelaixuanzelvboqidewangluojiegouhecanshu。weilehuodezuijiadediancizaoshengshuaijiantexing
，lvboqiyinggaizhengquedianzhuangzaidianzishebeishang。