emi抑制滤波器的基本理论及应用

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1、EMI抑制滤波器的基本理论及应用引言滤波是电磁兼容设计及电磁干扰对策的重要技术之一。目前电子元器件市场上有多种EMI抑制元件及现成的滤波器可供选择。EMC工程技术人员应充分掌握滤波技术的基本原理和各种类型滤波器的基本特性和使用方法，根据实际工作中的具体情况合理选择滤波元件，设计有效的滤波器，从而实现EMC设计或EMI对策之目的。1滤波器的基本理论1）滤波的用途电磁骚扰通过传导和辐射两种方式来传播。滤波即是为了抑制传导方式的电磁骚扰的一种技术措施。显而易见，由于良好的滤波直接抑制了骚扰能量在导线上的流通，所以它对通过载流导线的辐射骚扰抑制也能起到明显的抑制作用。不仅如此，滤波常常是

2、屏蔽技术应用时必不可少的一个环节。应用滤波技术抑制电磁骚扰，一般有两种情况。第一是自然需要，这是因为线路中某些零部件必然存在电磁噪声发射，需要做滤波的技术处理，这属于EMI设计的内容。第二是人为需要，在这种情况下，滤波即是针对产品前期设计不良而采取的一种应急措施，这应属于EMC对策的内容。对于后一种情况，势必引起产品制造成本上升，还有可能影响到产品的基本品质包括安全性和可靠性。所以，设计人员在产品的初始研发阶段就应该进行EMC设计，防止电磁噪声的产生和耦合，以尽可能从根本上解决电磁兼容方面的问题。2）滤波原理及滤波滤波器分类滤波实际上是频域处理技术，即在线路中插入一种网络，该网络

3、的转移阻抗是频率的函数，它使有用的频谱分量（如信号和有功功率）能够顺利通过，而限制无用的频谱分量（如噪声、信号的谐波及边带）的通过。根据对不同频段的信号或噪声通过或抑制的作用不同，可把滤波器分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）和梳状滤波器（COMB-FLITER）等。由于大多数电子电器设备发射的噪声的频率往往高于有用信号的频率，因此，常见的EMI抑制滤波器多为低通滤波器。3）滤波元件传统的无源模拟低通滤波器的基本组成单元是串联电感器、并联电容器和必要的串并联电阻器。一般地说，串联电感对低频信号和电源电流是低阻，而对高频噪声是高

4、阻，由此限制了噪声的通过。并联电容对低频信号和电源电流是高阻，不形成低电阻短路，但为高频噪声提供低阻回流通道，因而可抑制高频噪声泄漏。电阻作为耗能或阻抗元件，合理地应用可吸收电磁噪声和改变线路阻抗。所以，可把EMI滤波器当作一个双端口网络来看，信号和高频噪声进入后，高频噪声得到抑制，从输出端口即可得到比较纯净的信号。实际的滤波器可以是电感、电容单独使用，也可能是电感、电容及电阻混合使用，所以从结构上来分便形成了C型、T型、L型、π型甚至更复杂的多级滤波电路形式，如图1。实际应用中应尽量采用结构简单的滤波器。这是因为按照网络理论，复杂电路结构形式的滤波器往往存在多个零点和多个极点，

5、使用不当则易降低设备的工作稳定性。C型网络T型网络L型网络Π型网络图1滤波器的结构形式近些年，一些元器件生产厂商，如日本的Murata（村田）、TDK和瑞士的Schaffner（夏弗纳）等，为EMI抑制专门开发生产了多种多样的产品，比如片状固态电容器、三端口电容器、片状铁氧体磁环与磁珠、共模扼流圈、环状同芯对称差模扼流圈等滤波元件，甚至还有应用起来十分方便的电源滤波器、块状组合式滤波器等等。其实，这些新型元器件都可以等效为电感、电容、电阻或其组合，或者说它们是传统元器件的改进型，以更好地适用于EMI抑制的应用。4）滤波器的性能通过简单的集中参数电路分析，我们可以得到滤波器的噪声抑

6、制性能的理论值，但实际上并不存在理想的电容器、电感器和电阻器。随着频率的升高，由于分布参数或寄生元件特性的影响，滤波器的实际性能可能与理想情况相差较大。衡量一个滤波器的基本性能，一般是按照规定的方法测量其插入损耗，即分别在线路中插入和不插入滤波器的情况下，测量线路负载端的电压降——频率响应，两种情况下的测量值之比即为插入损耗。这种按标准规定的测量是在输入/输出阻抗为50Ω（即50Ω系统）的条件下进行的。但是，在实际电路中输入/输出阻抗不会正好都是50Ω，所以滤波器在线路中的实际特性与产品标称的“插入损耗”往往不同，这是使用时应该注意的。对于滤波器的性能的测量，在应用中还有近似测量

7、法和在线测量法，这样做是为了能更接近实际情况。除了插入损耗外，选择滤波元件或滤波器时还应关注其阻抗特性、频率特性、额定电流与电压以及安全性、可靠性、外形尺寸、容量和体积等参数。5）滤波元件选择及滤波器应用的几点考虑滤波器的输入、输出阻抗特性直接影响它的插入损耗特性。通常的情况下，在高阻抗电路中使用电容器来抑制噪声较为有效；而在低阻抗电路中使用电感器抑制噪声更为有效，如图2所示。使用电源滤波器时尤其要注意，应使输入、输出阻抗最大限度地失配，以获得最佳抑制效果。另外，比较而言，应用电