1、輸入 EMI 濾波器電路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)摘要： 本文介紹了一種單相輸入 EMI 電源濾波器電路，該電路一般作為中小功率電源的輸入部分電路，以滿足電源的 EMC 要求。關(guān)鍵詞： EMI, 插入損耗縮略詞解釋EMC ： Electromagnetic Compatibility ，電磁兼容性EMI ： Electromagnetic Interference ， 電磁干擾適用范圍該單元電路參數(shù)只要做適當(dāng)調(diào)試、更改，便可用于絕大部分中小功率電源。滿足的技術(shù)指標(biāo)特征指標(biāo)電源的規(guī)格為：輸入：AC 120V290V輸出：48V/50A輸出功率： 2900W詳細(xì)電路圖R334300K/0.25WF303L304C3

2、28C329L3052.2mH2.2mHC3341.0U/275VAC4700P/400VACRV301385VC3314700P/400VAC1.0U/275VAC/77圖1單元電路原理圖工作原理簡(jiǎn)介電源濾波器是一種由無源元件構(gòu)成的低通濾波網(wǎng)絡(luò) 。它毫無衰減地將50Hz, 400Hz的交流電源功率傳輸?shù)皆O(shè)備上，卻大大衰 減通過電源線傳輸?shù)腅M佶號(hào)，保護(hù)設(shè)備免受其害。同時(shí)，它又能抑制設(shè)備本身產(chǎn)生的 EM信號(hào)，防止它進(jìn)入電網(wǎng)，污染電磁環(huán)境，危 害其他的設(shè)備。電源EM濾波器是電子設(shè)備滿足有關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的行之有效的器件。組成電源EM濾波器的核心元件為：共模電感，差模電感，X和Y電容。具中共模電感和

3、Y電容共同構(gòu)成LOW階低通濾波器，主要用來抑制共模噪聲，繞制時(shí)除了盡量減小雜散電容外，還應(yīng)適當(dāng)控制不平衡電感一般為1%左右，雖然不平衡電感有抑制差模噪音的作用，但不平衡電感太大，容易導(dǎo)致共模電感出現(xiàn)磁芯飽和現(xiàn)象。對(duì)差模噪音的抑制和濾除，是由差模電感和X電容來完成的。所要說明的是，EM濾波器主要是從噪聲傳播途徑方面入手解決 EMI問題，所有的EMI電路只能一定程度的降低電磁干擾的對(duì)整機(jī)性能的影響，對(duì)具體的開關(guān)電源來說，還應(yīng)配合噪聲源頭的工作，比方降低開關(guān)量的尖峰，采用合理吸收或軟開關(guān)技術(shù)等來降低電源 噪聲的發(fā)射值，本文對(duì)此方面不作詳細(xì)論述。設(shè)計(jì)、調(diào)試要點(diǎn)、首先測(cè)試未安裝EM濾波器時(shí)的傳導(dǎo)干擾，并

4、與標(biāo)準(zhǔn)限值相比較，列出(150K30MHZJ)各個(gè)頻段EM濾波器所應(yīng)具有的插入損耗LISN的L、N線傳導(dǎo)干擾測(cè)試輸出端分別有差模噪聲及共模噪聲的成分，分別為 CM DN , CM DN ,如果對(duì)它們施加加減運(yùn)算，則可直接得到共模干擾CM ，及差模干擾DM 。為實(shí)現(xiàn)上述目的，分別使用 0功率合成器及180功率合成器。2 、根據(jù)未加EM濾波器時(shí)測(cè)試的傳導(dǎo)干擾與標(biāo)準(zhǔn)限值的差值，以及我 們產(chǎn)品的現(xiàn)有的空間和成本的的要求，確定 EM濾波器的級(jí)數(shù)，結(jié)構(gòu)，元件參數(shù)等等,以滿足不同頻段對(duì)EM濾波器插入損耗的要求。11根據(jù)產(chǎn)品的到達(dá)電磁兼容的要求的嚴(yán)酷程度，結(jié)合現(xiàn)有的未加EM濾波器時(shí)的干擾的測(cè)試結(jié)果，確定級(jí)數(shù)：

5、一般的要求到達(dá) 瞰標(biāo)準(zhǔn)的，濾波器的級(jí)數(shù)一般要求兩級(jí)或兩級(jí)以上，如果合理利用共模電感的雜散電感，可以只選用兩級(jí)共模電感配合相應(yīng)的Y電容和X電容來實(shí)現(xiàn)，如果因?yàn)闆]有其他的原因或條件限制，可以考慮選用兩級(jí)共模和一級(jí)差模電感配合相應(yīng)的X和Y電容來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)和調(diào)測(cè)起來比較簡(jiǎn)單。新50A奠塊因?yàn)橐篌w積小，功率密度高，所以給輸入 EM濾波器留有的體積十分的有限 ，所以項(xiàng)目組投入大量的人力物 力，進(jìn)行EMCT面的研究和開發(fā)。利用兩級(jí)共模實(shí)現(xiàn) 琛要求。 2 根據(jù)電路的參數(shù)，確定電源濾波器的結(jié)構(gòu)：電源濾波器的結(jié)構(gòu)，在很大程度上對(duì)濾波器的效果起決定性的因素，為了到達(dá)最好的抑制效果，我們要求濾波器的所有的端口的阻抗

6、與相應(yīng)的設(shè)備或功能電路的等效輸入阻抗嚴(yán)重失配。如下的連接在EM濾波器的設(shè)計(jì)中被認(rèn)為是正確的連接：:OUT OF EMI- loaddOUT OF EMI10ad圖22OUT OF EMI圖23圖21中表示濾波器的輸出表示為容抗，負(fù)載表現(xiàn)為阻抗；圖22中表示濾波器的輸出表示為容抗，負(fù)載表現(xiàn)為感抗；圖23中表示濾波器的輸出表示為感抗，負(fù)載表現(xiàn)為容抗。值得注意的是，我們可以用設(shè)備互換的原則等效出濾波器的輸入阻抗的選用原則。2-3因?yàn)樾?0A勺模塊的主電路的結(jié)構(gòu)，從交流輸入端看過去，差模和共模應(yīng)該等效為容抗，所以我們的濾波器的最后一級(jí)選用了圖 的結(jié)構(gòu)，濾波器的等效輸出應(yīng)該為感抗。實(shí)際的電網(wǎng)環(huán)境，一般設(shè)

7、備的交流引線都比較長(zhǎng)，并且所有的交流進(jìn)入設(shè)備前沒有X電容，在絕大多數(shù)的情況下，對(duì)于差?？梢詫㈦娋W(wǎng)認(rèn)為是一個(gè)感抗輸出的設(shè)備，我們的濾波器就在它的下一級(jí)，根據(jù)失配原則圖2 3，濾波器的輸入等效應(yīng)該為容性。對(duì)于我們的共模成分，因?yàn)榻?jīng)過我們的 Listener ,再進(jìn)入我們的設(shè)備，從我們分析LISTENER：結(jié)構(gòu)來講，輸出表現(xiàn)為容性，所以我們 EM濾波器的共模輸入表現(xiàn)為感性。K3R參數(shù)設(shè)計(jì)及X、Y電容的選型1如上圖，輸入濾波器采用二級(jí)共模電感。為抑制開關(guān)電源發(fā)射EMI的共模段，使其在瞰規(guī)定的范圍內(nèi)，我們選用我們的共模的截至頻率為 Fo=50kH洪模干擾有最好的抑制作用。為什么選擇50KHz勺截至頻率，

8、可以通過如下的方法獲得：通過共模CM6和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的限值的差值，定位一個(gè)坐標(biāo)150K, CM-56，在FdBC寸數(shù)坐標(biāo)系上過此點(diǎn)作一個(gè)80dB的直線, 和Xtt的交點(diǎn)，即是我們的截至頻率。2 關(guān)于共模電感磁性材料的選擇也必須謹(jǐn)慎，一般我們要求共模有比較大的 值，比較好的高頻特性，損耗也比較小，整合各種考慮，一般我們選擇高 值的鐵氧體。我們?cè)谶x材時(shí)往往發(fā)現(xiàn)， 的大小和高頻特性剛好是有矛盾的，所以我們選材時(shí)要視電源模塊的傳導(dǎo)干擾的特性而論，如果低頻段比較大，并且很難抑制，那么最好選用 值高一點(diǎn)的鐵氧體，如果中高頻段比較大，并且不易抑制，建議選用 值比較低的鐵氧體。從HD4850勺傳導(dǎo)干擾的特性,我們

9、選用7K的磁性。 3為了有效地抑制傳導(dǎo)干擾，特別是低頻段，電感量越大越有效果，當(dāng)電感磁性材料確定以后，就只能依靠匝數(shù)的多少來確定。因?yàn)楣材；虿钅Ｔ验g存在分布電容，容易將高頻干擾信號(hào)通過匝間電容直接越過我們的EM濾波器，所以我們?cè)诶@織時(shí)要注意：最好只繞一層，以免層間分布電容太大而將高頻段短路；最好輸入與輸出抽頭相隔不能太近，否則容易通過分布電容將高頻噪聲直接從輸入端耦合到輸出端，減少EM濾波器的作用。如果選用差模電感，一定要注意選擇不易飽和的材料，一般選擇鐵粉芯。4在確定好頻率，確定好共模磁性材料、匝數(shù)后，我們可以根據(jù)以下的公式選用Y電容的大小:1c (2 fo)2L1(2 50 103)2 2

10、.2 10 34.61nF選取 Y電容 C329=C334=4700P我們的兩極差模LC勺截至頻率分別25KH卻16KHz兩極差模電感2為共模電感的1%,即20uH X2= 40uH,計(jì)算的方法可以通過與類似 共模LC勺截至頻率相同的算法，不過，此時(shí)的曲線是由兩條 40dB的曲線累加的結(jié)果。X電容的大小根據(jù)共模的雜散電感和實(shí)際的差模的干擾的大小確定，新50At定為選定第一級(jí) X電容C328=1uF 第二級(jí) X電容 C331= 1uF、C429= 1uF、C402= 474。為X2規(guī)電容。泄放電阻R334 R400勺選取原則是使X電容在輸入掉電后2秒內(nèi)其電壓跌至安全電壓范圍內(nèi)。并考慮功耗，這里選

11、取 300K/0.25W勺電阻兩個(gè)串聯(lián)。Cx、CW勺兩種下標(biāo)不僅說明了它們?cè)跒V波網(wǎng)絡(luò)中的作用，還說明了它們的安全等級(jí)。是指用于這樣的場(chǎng)合，即電容器失效后，不 會(huì)導(dǎo)致電擊，不危及人身安全，在設(shè)計(jì)，選用 Cx、Cy電容時(shí)，要十分認(rèn)真地考慮X和Y電容的安全性能，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到整機(jī)的安全 性能，必須選用通過有關(guān)安規(guī)認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證的電容器。表1 .X電容的分類和應(yīng)用特性小類使用時(shí)的峰值 脈沖電壓kV絕緣類型IEC 664應(yīng)用耐久性試驗(yàn)前 施加的峰值脈沖電壓kVX12.54III高脈沖應(yīng)用C1.0, 4C1.0, 4/C CX21 2.5II一般用途C1.0, 2.5C1.0, 2.5/*： CX31.2

12、一般用途:表2 Y電容的分類和應(yīng)用小類跨接絕緣類型額定電壓V耐久性試驗(yàn)前施加 的峰值脈沖電壓kVY1雙重絕緣或增強(qiáng)絕緣2508.0Y2基本絕緣或輔助絕緣15(25(5.0Y3基本絕緣或輔助絕緣150250Y4基本絕緣1502.5Y 電容的電容量必須受到限制，從而到達(dá)控制在額定頻率電壓作用下，流過它的漏電流的大小和對(duì)系統(tǒng) EM性能的影響。 GJB15規(guī)定Y電容的容量應(yīng)不大于0.1uF。Y電容除符合相應(yīng)的電網(wǎng)電壓耐壓外，還要求這種電容器在電氣和機(jī)械性能方面有足夠的安 全余量，防止在極端惡劣環(huán)境條件下出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象， Y電容的耐壓性能對(duì)保護(hù)人身安全具有重要意義。3 插入損耗的測(cè)試EM濾波器結(jié)構(gòu)形式

13、確定后必須用網(wǎng)絡(luò)阻抗特性測(cè)試儀測(cè)試其幅頻特性。因?yàn)橛捎陔姼蟹植茧娙荩珻x、CWESL以及電路分布參數(shù)的影響，其高頻段的幅頻特性不是一條-40dB/DEC勺直線，必須通過測(cè)試，不斷調(diào)整元器件參數(shù)及濾波器結(jié)構(gòu)，以獲得滿意的差 模、共模插入損耗特性曲線。如測(cè)試設(shè)備允許，可在通以額定電流條件下測(cè)試EM濾波器的插入損耗，因?yàn)殡姼性谕ㄒ噪娏鲿r(shí)，感量會(huì)變化，與小信號(hào)狀態(tài)測(cè)試會(huì)有一些差異。需要特別說明的是，我們的插損的測(cè)試的條件是輸入與輸出的等效阻抗都為50歐姆的情況下。我們一般看到的市場(chǎng)上銷售的濾波器的插損也是在50歐姆輸出輸入時(shí)的參考值，因?yàn)槲覀冸娫吹膶?shí)際的等效阻抗可能并不是50歐姆，所以我們的插損的測(cè)量結(jié)果只能作為參考。但是總的變化趨勢(shì)是一致的。4、EMI濾波器的優(yōu)化將EMI濾波器安裝在整流模塊外部，測(cè)試在額定負(fù)載 （滿載）及半載條件下的傳導(dǎo)干擾。這樣做的目的是在優(yōu)化EMI濾波器的各元器件參數(shù)時(shí)不受接地、機(jī)內(nèi)輻射等條件的影響，容易排除其它因素，得到最優(yōu)