EMI濾波器原理與設計方法詳解

1、EMI 濾 波 器 原 理 與 設 計 方 法 詳 解輸入端差模電感的選擇：1. 差模choke置于L線或N線上，同時與XCAP共同作用F=1 / (2* L*C)2. 波器振蕩頻率要低于電源供給器的工作頻率，一般要低于10kHz。3. L = N2AL（nH/N2）nH4. N = L（nH）/AL(nH/N2)1/2匝5. AL = L（nH）/ N2nH/N26. W =（NI）2AL / 2000J輸入端共模電感的選擇：共模電感為EMI防制零件，主要影響Conduction 的中、低頻段，設計時必須同時考慮EMI特性及溫升，以同樣尺寸的Common Choke而言，線圈數(shù)愈多(相對的線

2、徑愈細)，EMI防制效果愈好，但溫升可能較高。傳導干擾頻率范圍為0.1530MHz，電場輻射干擾頻率范圍為30100MHz。開關電源所產生的干擾以共模干擾為主。產生輻射干擾的主要元器件除了開關管和高頻整流二極管還有脈沖變壓器及濾波電感等。注意：1. 避免電流過大而造成飽和。2Choke溫度系數(shù)要小，對高頻阻抗要大。3感應電感要大，分布電容要小。4直流電阻要小。B = L * I / (N * A) (B shall be less than 0.3)L = Choke inductance. I = Maximum current through choke. N = Number of tu

3、rns on choke.A = Effective area of choke. (for drum core, can approximate with cross section area of center pole.)假設在50KHZ有24DB的衰減則，共模截止頻率Fc = Fs*10Att/4 0 = 50*10-24/40=12.6KHZ電感值L= (RL*0.707)/(*Fc) = (500.707)/(3.14*12.6) = 893uH 使用磁芯和磁棒作濾波電感時應注意自身的阻抗，對于共模電感不能使用低阻抗的磁芯和磁棒，否則會造成炸機現(xiàn)象。作共模電感用的磁芯應用DC500

4、V測量其絕緣阻抗應大于己于100M。在電源設備中采用噪聲濾波器的作用如下： （1）防止外來電磁噪聲干擾電源設備本身控制電路的工作； （2）防止外來電磁噪聲干擾電源的負載的工作； （3）抑制電源設備本身產生的EMI； （4）抑制由其它設備產生而經(jīng)過電源傳播的EMI。 在國際上的電磁噪聲限制規(guī)則，如美國有FCC，德國有FTZ，VDE等標準。在電源設備輸入引線上存在二種EMI噪聲：共模噪聲和差模噪聲，把在交流輸入引線與地之間存在的EMI噪聲叫作其共模噪聲，它可看作為在交流輸入線上傳輸?shù)碾娢幌嗟?、相位相同的干擾信號。而把交流輸入引線之間存在的EMI噪聲叫作差模噪聲，它可看作為在交流輸入線傳輸?shù)南辔徊?

5、80的干擾信號。共模噪聲是從交流輸入線流入大地的干擾電流，差模噪聲是在交流輸入線之間流動的干擾電流。對任何電源輸入線上的傳導EMI噪聲，都可以用共模和差模噪聲來表示，并且可把這二種EMI噪聲看作獨立的EMI源來分別抑制。 電源用噪聲濾波器按形狀可分為一體化式和分立式。一體化式是將電感線圈、電容器等封裝在金屬或塑料外殼中；分立式是在印制板上安裝電感線圈、電容器等，構成抑制噪聲濾波器。一體化式成本高，特性較好，安裝靈活；分立式成本較低，但屏蔽不好，可自由分配在印制板上。電源EMI噪聲濾波器是一種無源低通濾波器，它無衰減地將交流電傳輸?shù)诫娫?，而大大衰減隨交流電傳入的EMI噪聲；同時又能有效地抑制電源

6、設備產生的EMI噪聲，阻止它們進入交流電網(wǎng)干擾其它電子設備。噪聲濾波器的主要設計原則 共模電感線圈使用的磁芯有環(huán)形、E形和U形等，材料一般采用鐵氧體，環(huán)形磁芯適用于大電流小電感量，它的磁路比E形和U形長，沒有間隙，用較少的圈數(shù)可獲得較大的電感量，由于這些特點它具有較佳的頻率特性。而E形磁芯的線圈泄漏磁通小，故當電感漏磁有可能影響其它電路或其它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應考慮采用E形磁芯作成共模電感。 差模電感線圈一般采用金屬粉壓磁芯，由于粉壓磁芯適用頻率范圍較低，在幾十kHz幾MHz，其直流重疊特性好，在大電流應用時電感量也不會大幅下降，最適合作為差模電感。濾波器

7、的技術參數(shù)及正確使用 插入損耗是噪聲濾波器的重要技術參數(shù)之一，在設計和選用時應予主要考慮。在濾波器的安全、常規(guī)電氣性能、環(huán)境及機械等條件都滿足要求時，應盡量選擇插入損耗值大些。當沒接濾波器時，信號源輸出電壓為V1，當濾波器接入后，在濾波器輸出端測得信號源的電壓為V2。若信號源輸出阻抗與接收機輸入阻抗相等，都是50，則濾波器的插入損耗為： IL=20log(V1/V2）(1) 因為電源噪聲濾波器能衰減共模和差模噪聲，所以它即有共模插入損耗，又有差模插入損耗。選用濾波器時，應注意產品手冊給出的插入損耗曲線，都是按照標準規(guī)定，在其輸入和輸出阻抗都為50條件下測得的。因為實際的濾波器兩端阻抗不一定在全

8、頻率范圍內是50，所以它對EMI信號的衰減，并不等于產品手冊中給出的插入損耗值。當使用安裝不當時，還會遠遠小于標準給定的插入損耗。 當濾波器的輸出阻抗與負載阻抗不相等時，在此端口上會產生反射，兩個阻抗相差越大，端口產生的反射也越大。在設計EMI濾波器時，要注意濾波器阻抗的正確連接，以造成盡可能大的反射，使濾波器在很寬的頻率范圍內造成較大的阻抗失配，從而得到更好的電磁干擾抑制性能。 電源噪聲濾波器的使用應注意如下幾點： 濾波器應盡量靠近設備交流電入口處安裝，應使未經(jīng)過濾波器的交流進線在設備內盡量短； 濾波器中的電容器引線應盡可能短，以免引線感抗和容抗在較低頻率上產生諧振； 濾波器接地線上有大的電

9、流流過，會產生電磁輻射，應對濾波器進行良好的屏蔽和接地； 濾波器的輸入線和輸出線不能捆扎在一起，布線時盡量增大其間距離，以減小它們之間的耦合，可加隔板或屏蔽層。 tests using a noise separatorDifficulties of EMI filter designBase line (no filter) EMI unknown without measurementNoise source impedance unknownHigh-frequency effects difficult to predictFilter source impedance resonan

10、ceA procedure for determining filter component valuesExample: 90-260V flyback converters switching power supply 90KHZ, 43W output to meet a VDE limit for proper margin, under 6DB limit is used in the design.Step1, measure-base line (without filter) common-model EMI noise (VCM) and differential-model

11、 EMI noise (VDM) using a noise separator.Step2, determine CM attenuation requirement Vreq,CM and DM attenuation requirement Vreq,DM. (Plot filter attenuation requirement)(Vreq,CM)dB = (VCM)dB (VLimit) dB +3 dB(Vreq,DM)dB = (VDM)dB (VLimit) dB +3 dBWhere the (VCM)dB and (VDM)dB are obtained from step

12、1 Step3, determine filter corner frequencies FR,CM = 40.3KHZ, and FR,DM = 12KHZStep4, determine filter component volues 1, CM component LC and CY, CY is leakage current requirement, use CY =3300pF LC = 1/(2*FR,CM)2*1/(2*CY) = 1/(2*40.3)2*1/(2*33oo*10-12) = 2.36mH Select LC =2.4mH, and the leakage in

13、ductance LLeakage= 36uH can be obtained by measurement 2, DM component LD, CX1 and CX2 CX1 = CX2 = CDM = 1/(2*FR,DM)2*(1/LDM) =1/(2*12)2*(1/LDM) Converter- filter interaction should be taken into consideration in choose LDM and CDM There are infinite sets of solution for LDM and CDM three sets of so

14、lutions are listed for discussion in the following.1), use the leakage inductance as the DM choke since. LDM= LLeakage= 36Uh then CCM=CX1=CX4.75Uh which is an impractical calue for line-voltage rated filter capacitor . the physical volume of such a capacitor is much to bulky.2), if CDM are chose to be 0.47Uf , a c