摘? 要: EMI濾波器能有效抑制電網(wǎng)噪聲，提高電子儀器、計算機和測控系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性,。詳細(xì)闡述了EMI濾波器的設(shè)計原理,、典型應(yīng)用及測試方法。

　　關(guān)鍵詞: 電磁干擾? EMI濾波器? 電源噪聲? 測試? 插入損耗

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　　隨著電子設(shè)備,、計算機與家用電器的大量涌現(xiàn)和廣泛普及，電網(wǎng)噪聲干擾日益嚴(yán)重并形成一種公害。特別是瞬態(tài)噪聲干擾,，其上升速度快、持續(xù)時間短,、電壓振幅度高(幾百伏至幾千伏),、隨機性強，對微機和數(shù)字電路易產(chǎn)生嚴(yán)重干擾,，常使人防不勝防,，這已引起國內(nèi)外電子界的高度重視。

　　電磁干擾濾波器(EMI Filter)是近年來被推廣應(yīng)用的一種新型組合器件,。它能有效地抑制電網(wǎng)噪聲,，提高電子設(shè)備的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性，可廣泛用于電子測量儀器,、計算機機房設(shè)備,、開關(guān)電源、測控系統(tǒng)等領(lǐng)域。

1 電磁干擾濾波器的構(gòu)造原理及應(yīng)用

1.1 構(gòu)造原理

　　電源噪聲是電磁干擾的一種,，其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10kHz～30MHz,，最高可達(dá)150MHz。根據(jù)傳播方向的不同,，電源噪聲可分為兩大類:一類是從電源進(jìn)線引入的外界干擾,，另一類是由電子設(shè)備產(chǎn)生并經(jīng)電源線傳導(dǎo)出去的噪聲。這表明噪聲屬于雙向干擾信號,，電子設(shè)備既是噪聲干擾的對象,，又是一個噪聲源。若從形成特點看,，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種,。串模干擾是兩條電源線之間(簡稱線對線)的噪聲，共模干擾則是兩條電源線對大地(簡稱線對地)的噪聲,。因此,，電磁干擾濾波器應(yīng)符合電磁兼容性(EMC)的要求，也必須是雙向射頻濾波器,，一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干擾,，另一方面還能避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾，以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作,。此外,，電磁干擾濾波器應(yīng)對串模、共模干擾都起到抑制作用,。

1.2 基本電路及典型應(yīng)用

　　電磁干擾濾波器的基本電路如圖1所示,。該五端器件有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端,，使用時外殼應(yīng)接通大地,。電路中包括共模扼流圈(亦稱共模電感)L、濾波電容C₁～C₄,。L對串模干擾不起作用,，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同,，經(jīng)過耦合后總電感量迅速增大,，因此對共模信號呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過,，故稱作共模扼流圈,。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上,，當(dāng)有電流通過時,，兩個線圈上的磁場就會互相加強,。L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關(guān)，參見表1,。需要指出,，當(dāng)額定電流較大時，共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大,，以便能承受較大的電流,。此外，適當(dāng)增加電感量,，可改善低頻衰減特性,。C₁和C₂采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01μF～0.47μF,，主要用來濾除串模干擾,。C₃和C₄跨接在輸出端，并將電容器的中點接地,，能有效地抑制共模干擾,。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容,，容量范圍是2200pF～0.1μF。為減小漏電流,，電容量不得超過0.1μF,，并且電容器中點應(yīng)與大地接通。C₁～C₄的耐壓值均為630VDC或250VAC,。

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　　圖2示出一種兩級復(fù)合式EMI濾波器的內(nèi)部電路,，由于采用兩級(亦稱兩節(jié))濾波，因此濾除噪聲的效果更佳,。針對某些用戶現(xiàn)場存在重復(fù)頻率為幾千赫茲的快速瞬態(tài)群脈沖干擾的問題,，國內(nèi)外還開發(fā)出群脈沖濾波器(亦稱群脈沖對抗器)，能對上述干擾起到抑制作用,。

2 EMI濾波器在開關(guān)電源中的應(yīng)用

　　為減小體積,、降低成本，單片開關(guān)電源一般采用簡易式單級EMI濾波器,，典型電路如圖3所示,。圖(a)與圖(b)中的電容器C能濾除串模干擾，區(qū)別僅是圖(a)將C接在輸入端,， 圖(b)則接到輸出端,。圖(c)、(d)所示電路較復(fù)雜,，抑制干擾的效果更佳,。圖(c)中的L,、C₁和C₂用來濾除共模干擾，C₃和C₄濾除串模干擾,。R為泄放電阻,，可將C₃上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性;斷電后還能使電源的進(jìn)線端L,、N不帶電,，保證使用的安全性。圖(d)則是把共模干擾濾波電容C3和C4接在輸出端,。

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　　EMI濾波器能有效抑制單片開關(guān)電源的電磁干擾,。圖4中曲線a為不加EMI濾波器時開關(guān)電源上0.15MHz～30MHz傳導(dǎo)噪聲的波形(即電磁干擾峰值包絡(luò)線)。曲線b是插入如圖3(d)所示EMI濾波器后的波形,，能將電磁干擾衰減50dB_μV～70dB_μV,。顯然，這種EMI濾波器的效果更佳,。

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3 EMI濾波器的技術(shù)參數(shù)及測試方法

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

　　EMI濾波器的主要技術(shù)參數(shù)有:額定電壓,、額定電流、漏電流,、測試電壓,、絕緣電阻、直流電阻,、使用溫度范圍,、工作溫升T_r、插入損耗A_dB,、外形尺寸,、重量等。上述參數(shù)中最重要的是插入損耗(亦稱插入衰減),，它是評價電磁干擾濾波器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo),。

　　插入損耗(A_dB)是頻率的函數(shù)，用dB表示,。設(shè)電磁干擾濾波器插入前后傳輸?shù)截?fù)載上的噪聲功率分別為P₁,、P₂，有公式:

　　假定負(fù)載阻抗在插入前后始終保持不變,，則P₁=V₁²/Z,，P₂=V₂²/Z。式中V₁是噪聲源直接加到負(fù)載上的電壓,，V₂是在噪聲源與負(fù)載之間插入電磁干擾濾波器后負(fù)載上的噪聲電壓,，且V₂<1。代入(1)式中得到：

　　插入損耗用分貝(dB)表示,，分貝值愈大,，說明抑制噪聲干擾的能力愈強,。鑒于理論計算比較煩瑣且誤差較大，通常是由生產(chǎn)廠家進(jìn)行實際測量,，根據(jù)噪聲頻譜逐點測出所對應(yīng)的插入損耗,，然后繪出典型的插入損耗曲線，提供給用戶,。圖5給出一條典型曲線,。由圖可見，該產(chǎn)品可將1MHz～30MHz的噪聲電壓衰減65dB,。

　　計算EMI濾波器對地漏電流的公式為：

式中,，I_LD為漏電流，f是電網(wǎng)頻率,。以圖1為例,，f=50Hz，C=C₃+C₄=4400pF,，V_C是C₃,、C₄上的壓降，亦即輸出端的對地電壓,，可取V_C≈220V/2=110V,。由(3)式不難算出，此時漏電流I_LD=0.15mA,。C₃和C₄若選4700pF,，則C=4700pF×2=9400pF，I_LD=0.32mA,。顯然，漏電流與C成正比,。對漏電流的要求是愈小愈好,，這樣安全性高，一般應(yīng)為幾百微安至幾毫安,。在電子醫(yī)療設(shè)備中對漏電流的要求更為嚴(yán)格,。

　　需要指出，額定電流還與環(huán)境溫度TA有關(guān),。例如國外有的生產(chǎn)廠家給出下述經(jīng)驗公式:

式中,，I₁是40°C時的額定電流。舉例說明,，當(dāng)T_A=50℃時,，I=0.88I₁;而當(dāng)T_A=25℃時，I=1.15I₁,。這表明,，額定電流值隨溫度的降低而增大,，這是由于散熱條件改善的緣故。

3.2 測量插入損耗的方法

　　測量插入損耗的電路如圖6所示,。e是噪聲信號發(fā)生器,，Z_i是信號源的內(nèi)部阻抗，Z_L是負(fù)載阻抗,，一般取50Ω,。噪聲頻率范圍可選10kHz～30MHz。首先要在不同頻率下分別測出插入前后負(fù)載上的噪聲壓降V₁,、V₂,，再代入(2)式中計算出每個頻率點的AdB值，最后繪出插入損耗曲線,。需要指出,，上述測試方法比較煩瑣，每次都要拆裝EMI濾波器,。為此可用電子開關(guān)對兩種測試電路進(jìn)行快速切換,。

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參考文獻(xiàn)

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