? ? ? ? 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。

　　縮略詞解釋

　　EMC：Electromagnetic Compatibility，電磁兼容性

　　EMI： Electromagnetic Interference， 電磁干擾

　　1.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。

　　2.滿足的技術(shù)指標(biāo)（特征指標(biāo)）

　　電源的規(guī)格為：

　　輸入：AC 120V~290V

　　輸出：48V/50A

　　輸出功率：2900W

　　3. 詳細(xì)電路圖

　　圖1 單元電路原理圖

　　4. 工作原理簡介

　　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MI信號，保護(hù)設(shè)備免受其害。同時，它又能抑制設(shè)備本身產(chǎn)生的EMI信號，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EMI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EMI濾波器的核心元件為：共模電感，差模電感，X和Y電容。其中共模電感和Y電容共同構(gòu)成LC兩階低通濾波器，主要用來抑制共模噪聲，繞制時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，EMI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整機性能的影響，對具體的開關(guān)電源來說，還應(yīng)配合噪聲源頭的工作，比如降低開關(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，本文對此方面不作詳細(xì)論述。

　　5.設(shè)計、調(diào)試要點

　　1、首先測試未安裝EMI濾波器時的傳導(dǎo)干擾，并與標(biāo)準(zhǔn)限值相比較，列出（150K~30MHz內(nèi)）各個頻段EMI濾波器所應(yīng)具有的插入損耗

　　LISN的L、N線傳導(dǎo)干擾測試輸出端分別有差模噪聲及共模噪聲的成分，分別為 ， ，如果對它們施加加減運算，則可直接得到共模干擾 ，及差模干擾 。為實現(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EMI濾波器時測試的傳導(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EMI濾波器的級數(shù)，結(jié)構(gòu)，元件參數(shù)等等，以滿足不同頻段對EMI濾波器插入損耗的要求。

　　【1】 根據(jù)產(chǎn)品的達(dá)到電磁兼容的要求的嚴(yán)酷程度，結(jié)合現(xiàn)有的未加EMI濾波器時的干擾的測試結(jié)果，確定級數(shù)：

　　一般的要求達(dá)到B級標(biāo)準(zhǔn)的，濾波器的級數(shù)一般要求兩級或兩級以上，如果合理利用共模電感的雜散電感，可以只選用兩級共模電感配合相應(yīng)的Y電容和X電容來實現(xiàn)，如果因為沒有其他的原因或條件限制 ，可以考慮選用兩級共模和一級差模電感配合相應(yīng)的X和Y電容來實現(xiàn)，設(shè)計和調(diào)測起來比較簡單。

　　新50A模塊因為要求體積小，功率密度高，所以給輸入EMI濾波器留有的體積十分的有限 ，所以項目組投入大量的人力物力，進(jìn)行EMC方面的研究和開發(fā)。利用兩級共模實現(xiàn)B級要求。

　　〖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)，在很大程度上對濾波器的效果起決定性的因素，為了達(dá)到最好的抑制效果，我們要求濾波器的所有的端口的阻抗與相應(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EMI濾波器的設(shè)計中被認(rèn)為是正確的連接：

　　圖2 －1

　　圖2－2

　　圖2－3

　　圖2－1中表示濾波器的輸出表示為容抗，負(fù)載表現(xiàn)為阻抗；

　　圖2－2中表示濾波器的輸出表示為容抗，負(fù)載表現(xiàn)為感抗；

　　圖2－3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。

　　因為新50A的模塊的主電路的結(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選用了圖2－3的結(jié)構(gòu)，濾波器的等效輸出應(yīng)該為感抗。

　　實際的電網(wǎng)環(huán)境，一般設(shè)備的交流引線都比較長，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，對于差模可以將電網(wǎng)認(rèn)為是一個感抗輸出的設(shè)備，我們的濾波器就在它的下一級，根據(jù)失配原則圖2－3，濾波器的輸入等效應(yīng)該為容性。 對于我們的共模成分，因為經(jīng)過我們的Listener，再進(jìn)入我們的設(shè)備，從我們分析LISTENER的結(jié)構(gòu)來講，輸出表現(xiàn)為容性，所以我們EMI濾波器的共模輸入表現(xiàn)為感性。

　　〖3〗參數(shù)設(shè)計及X、Y電容的選型

　　〔1〕如上圖，輸入濾波器采用二級共模電感。為抑制開關(guān)電源發(fā)射EMI的共模段，使其在B級規(guī)定的范圍內(nèi)， 我們選用我們的共模的截至頻率為 Fo=50kHz共模干擾有最好的抑制作用。為什么選擇50KHz的截至頻率，可以通過如下的方法獲得：

　　通過共模CM值和標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的限值的差值，定位一個坐標(biāo)（ 150K，CM－56〕，在F－dB對數(shù)坐標(biāo)系上過此點作一個80dB的直線，和X軸的交點，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。我們在選材時往往發(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的傳導(dǎo)干擾的特性 ，我們選用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。因為共模（或差?！吃验g存在分布電容，容易將高頻干擾信號通過匝間電容直接越過我們的EMI濾波器，所以我們在繞織時要注意：

　　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EMI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?。?/p>

　　選取Y電容C329=C334=4700p

　　我們的兩極差模LC的截至頻率分別25KHz和16KHz，兩極差模電感約為共模電感的1％，即20uH×2＝40uH，計算的方法可以通過與類似共模LC的截至頻率相同的算法，不過，此時的曲線是由兩條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際的差模的干擾的大小確定，新50A確定為

　　選定第一級X電容C328=1uF，第二級X電容C331＝1uF、C429＝1uF、C402＝474。為X2安規(guī)電容。

　　泄放電阻R334、R400的選取原則是使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，這里選取300K/0.25W的電阻兩個串聯(lián)。

　　Cx、Cy的兩種下標(biāo)不僅說明了它們在濾波網(wǎng)絡(luò)中的作用，還表明了它們的安全等級。是指用于這樣的場合，即電容器失效后，不會導(dǎo)致電擊，不危及人身安全，在設(shè)計，選用Cx、Cy電容時，要十分認(rèn)真地考慮X和Y電容的安全性能，因為它直接關(guān)系到整機的安全性能，必須選用通過有關(guān)安規(guī)認(rèn)證機構(gòu)認(rèn)證的電容器。

　　表1 .X電容的分類和應(yīng)用特性

　　表2 Y電容的分類和應(yīng)用

　　Y電容的電容量必須受到限制，從而達(dá)到控制在額定頻率電壓作用下，流過它的漏電流的大小和對系統(tǒng)EMC性能的影響。GJB151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械性能方面有足夠的安全余量，避免在極端惡劣環(huán)境條件下出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象，Y電容的耐壓性能對保護(hù)人身安全具有重要意義。

　　3、插入損耗的測試

　　EMI濾波器結(jié)構(gòu)形式確定后必須用網(wǎng)絡(luò)阻抗特性測試儀測試其幅頻特性。因為由于電感分布電容，Cx、Cy的ESL，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的直線，必須通過測試，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。

　　如測試設(shè)備允許，可在通以額定電流條件下測試EMI濾波器的插入損耗，因為電感在通以電流時，感量會變化，與小信號狀態(tài)測試會有一些差別。

　　需要特別說明的是，我們的插損的測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上銷售的濾波器的插損也是在50歐姆輸出輸入時的參考值，因為我們電源的實際的等效阻抗可能并不是50歐姆，所以我們的插損的測量結(jié)果只能作為參考。但是總的變化趨勢是一致的。

　　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)時不受接地、機內(nèi)輻射等條件的影響，容易排除其它因素，得到最優(yōu)EMI濾波器。在用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試EMI濾波器時已得出EMI濾波器各元件對各頻段的插入損耗的影響結(jié)果，可根據(jù)該結(jié)果以及傳導(dǎo)干擾的測試結(jié)果來優(yōu)化EMI濾波器。

　　5、將EMI濾波器放入機內(nèi)測試傳導(dǎo)干擾

　　如果EMI濾波器帶有屏蔽外殼，并且外殼接地良好，而且其輸入端遠(yuǎn)離輸出端，電源輸入端口屏蔽良好且靠近外殼，傳導(dǎo)干擾的測試結(jié)果是比較理想的。但基于成本、結(jié)構(gòu)、散熱等方面的考慮，有時達(dá)不到理想的條件，那么最好盡量遵循以上原則。