關(guān)電源由于功耗小效率高,，體積小,，重量輕，穩(wěn)壓范圍廣,，電路形式靈活等特點(diǎn),，廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信等各類電子設(shè)備,。但是隨著開關(guān)電源的小型化,，開關(guān)就要高頻化，這種高頻化,，其基波本身也就構(gòu)成了一個(gè)干擾源,，發(fā)出一種更強(qiáng)的傳導(dǎo)干擾波，此外通過(guò)改進(jìn)元器件達(dá)到高頻化的同時(shí),，也會(huì)因輻射干擾波而導(dǎo)致一種超標(biāo)準(zhǔn)值的雜散的信號(hào),。這些信號(hào)構(gòu)成了電磁干擾(EMI)，被干擾對(duì)象是無(wú)線電通信,。為使無(wú)線電波不受電磁干擾的影響,，就要采取措施限定這種電磁干擾，使之符合有關(guān)電磁兼容(EMC)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范,，這已經(jīng)成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題,。
開關(guān)電源電磁干擾(EMI)的特點(diǎn)
開關(guān)電源功率變換器中的功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)頻率通常較高，功率開關(guān)器件在高頻下的通,、斷過(guò)程中不可避免地要產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁干擾,。與數(shù)字電路相比，開關(guān)電源EMI 呈現(xiàn)出鮮明的特點(diǎn)：a.開關(guān)電源EMI 干擾源的位置比較清楚,，主要集中在功率開關(guān)器件,、二極管以及與之相連的散熱器和高頻變壓器上。b.作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置,，開關(guān)電源的電壓,、電流變化率很高，其產(chǎn)生的EMI 噪聲信號(hào)既具有很寬的頻率范圍,，又有一定的強(qiáng)度,。c.印制電路板布線不
當(dāng)也是引起電磁干擾的主要原因。這些干擾經(jīng)傳導(dǎo)和輻射對(duì)其他電子設(shè)備造成干擾,。
任何電源線上傳導(dǎo)干擾信號(hào),，均可用差模和共模信號(hào)來(lái)表示。在一般情況下,，差模干擾幅度小,，頻率低，所造成的干擾較小,；共模干擾幅度大,，頻率高，還可以通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生輻射,，所造成的干擾較大,。因此，欲削弱傳導(dǎo)干擾,，把EMI信號(hào)控制在有關(guān)EMC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限電平以下,，最有效的方法就是在開關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝電磁干擾濾波器。電磁干擾濾波器的設(shè)計(jì)
(1)電磁干擾濾波器設(shè)計(jì)原則
電磁干擾濾波器的設(shè)計(jì)與選擇,，應(yīng)根據(jù)干擾源的特性,、頻率范圍、電壓,、阻抗等參數(shù)及負(fù)載特性的要求綜合考慮,，通常要考慮以下幾方面的問(wèn)題：
1)要求電磁干擾濾波器在相應(yīng)工作頻段范圍內(nèi)，能滿足負(fù)載要求的衰減特性,，若一種濾波器衰減量不能滿足要求的時(shí)候,，則可采用多級(jí)聯(lián)，可以獲得比單級(jí)更高的衰減,，不同的濾波器級(jí)聯(lián),，可以獲得在寬頻帶內(nèi)良好的衰減特性。
2)要滿足負(fù)載電路工作頻率和需抑制頻率的要求,，如果遇到要抑制的頻率和有用信號(hào)頻率非常接近,，則需要頻率特性非常陡峭的EMI 濾波器。
3)在所要求的頻率上,，濾波器的阻抗必須與它連接的干擾源阻抗和負(fù)載阻抗相匹配,，如果負(fù)載是高阻抗，則EMI 濾波器的輸出阻抗應(yīng)為低阻,；如果電源或干擾源阻抗是低阻抗,，則EMI 濾波器的輸出阻抗應(yīng)為高阻；如果電源阻抗或干擾源阻抗是未知的或者是在一個(gè)很大的范圍內(nèi)變化,，很難得到穩(wěn)定的濾波特性,，為了使EMI 濾波器獲得良好的濾波特性，應(yīng)在其輸入和輸出端,，同時(shí)并接一個(gè)固定電阻,。
4)電磁干擾濾波器必須具有一定耐壓能力，要根據(jù)電源和干擾源的額定電壓來(lái)選擇濾波器,，使它具有足夠高的額定電壓，以保證在所有預(yù)期工作的條件下都能可靠地工作，能夠經(jīng)受輸入瞬時(shí)高壓的沖擊,。
5)濾波器允許通過(guò)的電流應(yīng)與電路中連續(xù)運(yùn)行的額定電流一致,。電流定高了，會(huì)加大濾波器的體積和重量,；電流定低了,，又會(huì)降低濾波器的可靠性。
6)濾波器應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，重量輕，體積小,，安裝方便,，安全可靠。
(2)電磁干擾濾波器的電路結(jié)構(gòu)與參數(shù)選擇
圖1 是開關(guān)電源EMI 濾波器的電路,。其中L1,、L2為共模扼流圈，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2,。由于它的兩個(gè)線圈匝數(shù)相等,，這兩個(gè)電感對(duì)于差模電流和主電流所產(chǎn)生的磁通是方向相反、互相抵消的,，因而不起作用,；而對(duì)于共模干擾信號(hào)，能夠得到一個(gè)大的電感量呈現(xiàn)高阻抗,，以獲得最大的濾波效果,，因此對(duì)其有良好的抑制作用。但是,，由于種種原因,，如磁環(huán)的材料不可能做到絕對(duì)均勻，兩個(gè)線圈的繞制也不可能完全對(duì)稱等,，使得L1和L2的電感量是不相等的,，于是，(L1－ L2)形成差模電感,，它和L3與L4形成的獨(dú)立差模抑制電感與Cx電容器又組成L － N 獨(dú)立端口間的一個(gè)低通濾波器,，用來(lái)抑制電源線上存在的差模干擾信號(hào)。
在選擇濾波元件時(shí),，一定要保證輸入濾波器諧振頻率低于開關(guān)電源的工作頻率,。由于隨著電源工作頻率的升高，濾波器對(duì)運(yùn)行噪聲將更容易抑制,，所以設(shè)計(jì)中要注意濾波器在工作頻率低時(shí)的抑制效果,。
C X電容被用來(lái)衰減差模干擾,，C Y用來(lái)衰減共模干擾，R用于消除可能在濾波器中出現(xiàn)的靜電積累,。若電容的容量大于0.1 μ F 時(shí),，該放電電阻的阻值應(yīng)為
R＝t/(2.21C)
式中，t ＝ 1 s,；C 為2 個(gè)CX的總和值,。在圖1 所示電路中各元件參數(shù)在下列范圍內(nèi)選擇：
CX為0.1～２ μ F；CY為2 200 pF～0.033 μ F,；L1,、L2為幾至幾十毫亨；隨工作電流的不同而選擇不同參數(shù),。
共模扼流圈使用的磁心有環(huán)形,、E 形和U 形等，一般采用鐵氧體材料,。環(huán)形磁心適用于大電流小電感量,，它的磁路比E 形和U 形長(zhǎng)，沒(méi)有間隙,，用較少的圈數(shù)可獲得較大的電感量,，由于這些特點(diǎn)，它具有較佳的頻率特性,。E 形磁心的線圈泄漏磁通小,，故當(dāng)電感漏磁有可能影響其他電路或其他電路與共模電感有磁耦合，而不能獲得所需要的噪聲衰減效果時(shí),，應(yīng)考慮采用E 形磁心作共模電感,。
L3、L4一般采用金屬粉壓磁心,，由于粉壓磁心適用頻率范圍較低,，在幾十千赫～幾兆赫，其直流重疊特性好,，在大電流應(yīng)用時(shí)電感量也不會(huì)大幅度下降,，最適合作差模電感。
差模電容CX接在交流進(jìn)線兩端,，它上面除加有額定交流電壓外,，還會(huì)疊加交流進(jìn)線之間存在的各種EMI 峰值電壓，所以該電容的耐壓及耐瞬態(tài)峰值電壓的性能要求較高,；同時(shí)要求該電容失效后,，不能危及后面電路及人身安全。CX電容器的安全等級(jí)又分為X1和X2兩類,，X1類適用于一般場(chǎng)合,，X2類適用于會(huì)出現(xiàn)高的噪聲峰值電壓的應(yīng)用場(chǎng)合,。因此，要根據(jù)EMI 濾波器的應(yīng)用場(chǎng)合和可能存在的EMI 信號(hào)的峰值,，正確選用適合安全等級(jí)的電容,。
共模電容CY接在交流電進(jìn)線與機(jī)殼地之間，要求它們?cè)陔姎夂蜋C(jī)械性能上,，應(yīng)有足夠大的
安全余量，萬(wàn)一它們發(fā)生擊穿短路,，將使設(shè)備機(jī)殼帶上交流電,，如設(shè)備的絕緣或接地保護(hù)失效，可能使操作人員遭受電擊,，甚至危及人身安全,。因此CY電容器的容量要進(jìn)行限制，使其在額定頻率的電壓下漏電流小于安全規(guī)范值,。另外還要求有足夠的耐壓及耐瞬態(tài)高峰值電壓的余量,，并且萬(wàn)一發(fā)生電壓擊穿它應(yīng)處于開路狀態(tài)，而不會(huì)使設(shè)備機(jī)殼帶電,。
由于濾波器工作在高電壓,、大電流、惡劣的電磁干擾環(huán)境中,，因此在設(shè)計(jì)和選擇濾波器時(shí),，必須考慮所用電感器和電容器的安全性能，對(duì)于電感線圈,，其磁心,、繞線的材料，絕緣材料和絕緣距離,、線圈溫升等都應(yīng)予以重視,。對(duì)于電容，其電容種類,、耐壓,、安全等級(jí)、容量和漏電等都應(yīng)優(yōu)先考慮,，特別要求選擇經(jīng)過(guò)國(guó)際安全機(jī)構(gòu)安全認(rèn)證的產(chǎn)品,。
電磁干擾濾波器的安裝
恰當(dāng)?shù)匕惭b濾波器，才能獲得良好的效果,，通常情況下應(yīng)考慮以下幾點(diǎn),。
1)濾波器應(yīng)盡量靠近設(shè)備入口處安裝，應(yīng)盡量縮短在設(shè)備內(nèi)沒(méi)有經(jīng)過(guò)濾波器的交流進(jìn)線,。最好安裝在干擾源出口處,，再將干擾源和濾波器完全屏蔽起來(lái),。如果干擾源內(nèi)腔空間有限，則應(yīng)在靠近干擾源電源線出口外側(cè),，濾波器殼體與干擾源殼體應(yīng)進(jìn)行良好的搭接,。
2)濾波器的輸入和輸出線必須分開，防止輸入端與輸出端線路耦合,，降低濾波特性,，通常利用隔板或底盤來(lái)固定濾波器。若不能實(shí)施隔離方法,，則采用屏蔽引線,。
3)濾波器中電容器導(dǎo)線應(yīng)盡量短，以防止感抗與容抗在某頻率上形成諧振,。
4)濾波器接地線上有很大的短路電流,，能輻射電磁干擾，要進(jìn)行良好的屏蔽,。
5)焊接在同一插座上的每根導(dǎo)線必須進(jìn)行濾波,，否則會(huì)完全失去濾波的衰減特性。
6)管狀濾波器必須完全同軸安裝,，使電磁干擾電流成輻射狀流過(guò)濾波器,。
開關(guān)電源電磁干擾濾波器是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，它具有雙向抑制性能,。將它插入在交流電網(wǎng)中與電源之間,，相當(dāng)于這二者的EMI 噪聲之間加上一個(gè)阻斷屏障，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)源濾波器起到了雙向抑制噪聲的作用,，從而在各種電子設(shè)備中獲得廣泛的應(yīng)用,。