EMI滤波器电路原理及设计.doc

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1、EMI滤波器电路原理及设计引言开关电源以其体积小、重量轻、效率高等优点被广泛应用于电力电子设备系统中，但是开关电源易受到电磁干扰，产生误动作，且本身的高频信号也会引起大量的噪声，会污染电网环境，干扰同一电网其他电子设备的正常工作。这样就对EMC提出了更高的要求指标。分类：开关电源中的电磁干扰（EMI）主要有传导干扰和辐射干扰。通过正确的屏蔽和接地系统设计可以得到有效的控制，对于传导干扰来说，加装EMI滤波器，是一种比较经济有效的措施，辐射干扰的抑制可以通过加装变压器屏蔽铜片。EMI滤波器介绍开关电源与交

2、流电网相连，尽管开关电源是一个单端口网络，但具有相线（L），零线（N），地线（E）的开关电源实际上形成了两个AC端口，所以噪声源在实际分析中可以将其分解为共模和差模噪声源。火线（L）与零线（N）之间的干扰叫做差模干扰（属于对称性干扰），火线（L）与地线（E）之间的干扰叫做共模干扰（非对称性干扰）。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源

3、的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。　　1.开关电源的EMI干扰源　　开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。　　（1）功率开关管　　功率开关管工作在On-Off快速循环转换的状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。　　（2）高频变压器　　高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合的重要干

4、扰源。　　（3）整流二极管　　整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上，反向恢复电流的断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高dv/dt，从而导致强电磁干扰。　　（4）PCB　　准确的说，PCB是上述干扰源的耦合通道，PCB的优劣，直接对应着对上述EMI源抑制的好坏。　　2.开关电源EMI传输通道分类　　（一）。传导干扰的传输通道　　（1）容性耦合　　（2）感性耦合　　（3）电阻耦合　　a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合　　b.公共地线阻抗产生的电阻传导耦合　　c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦

5、合　　（二）。辐射干扰的传输通道　　（1）在开关电源中，能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线，从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析；二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子，电感线圈可以假设为磁偶极子；　　（2）没有屏蔽体时，电偶极子、磁偶极子，产生的电磁波传输通道为空气（可以假设为自由空间）；　　（3）有屏蔽体时，考虑屏蔽体的缝隙和孔洞，按照泄漏场的数学模型进行分析处理。　　3.开关电源EMI抑制的9大措施　　在开关电源中，电压和电流的突变，即高dv/dt和di/dt，是其EMI产生的

6、主要原因。实现开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点：　　（1）尽量减小电源本身所产生的干扰源，利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路，并进行合理布局；　　（2）通过接地、滤波、屏蔽等技术抑制电源的EMI以及提高电源的EMS。　　分开来讲，9大措施分别是：　　（1）减小dv/dt和di/dt（降低其峰值、减缓其斜率）　　（2）压敏电阻的合理应用，以降低浪涌电压　　（3）阻尼网络抑制过冲　　（4）采用软恢复特性的二极管，以降低高频段EMI　　（5）有源功率因数校正，以及其他谐波校正技术　　（

7、6）采用合理设计的电源线滤波器　　（7）合理的接地处理　　（8）有效的屏蔽措施　　（9）合理的PCB设计　　4.高频变压器漏感的控制　　高频变压器的漏感是功率开关管关断尖峰电压产生的重要原因之一，因此，控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题。　　减小高频变压器漏感两个切入点：电气设计、工艺设计！　　（1）选择合适磁芯，降低漏感。漏感与原边匝数平方成正比，减小匝数会显著降低漏感。（漏感就是将所有次级绕组和所有辅助绕组短路，测的得原边电感值。）　　（2）减小绕组间的绝缘层。现在有一种称之为“黄

8、金薄膜”的绝缘层，厚度20～100um，脉冲击穿电压可达几千伏。　　（3）增加绕组间耦合度，减小漏感。（层叠绕制、混合绕制这个问题可以询问变压器制造商）　　5.高频变压器的屏蔽为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰，可采用屏蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带一般由铜箔制作，绕在变压器外部一周，并进行接地，屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环，从而抑制漏磁场更大范围的泄漏。　　高频变压器，磁心之间和绕组之间会发生相对位移，从而导致高频变压器