用于开关电源的EMI滤波器设计

的所需衰减的噪声
频率段与衰减量，可
求得共差模滤波器
的转折频率，然后就
可以计算滤波器各
个元件的参数了。电
容器一般都有固定的电容值，与电感值相比缺乏弹性，而且电容对
于体积的影响较电感小，故在决定电感电容值时，应优先考虑电
容。差模电容 ’) 的典型值为零点几微法到 N!d，共模电容 ’* 受安 规限制，其值不能太大，应该选择符合安规的最大值。确定了 ’)、 ’* 后根据式 * O + 、* a + 即可得出电感 &+，&# 的值，同时滤波器元器 件的选择应考虑 K]. 滤波器与开关电源匹配过程中可能引起的
C
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!8,
[ ] 转移矩阵为 [ B] ^
$#
$ D
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一个 A/B 滤波器总是由若干个电感或电容器件串、并联组成
的。先分别求出每个器件的转移矩阵 > B( @ ，再根据转移矩阵的级 联特点，即可求出整个 A/B 滤波器的转移矩阵 > B @
[ B] ? [ B$] [ B"] …… [ B(] A/B 滤 波 器 可 以
率 >$ 和接入滤波器后，噪声源传输到负载的功率 >" 之比，用 MW
! 分贝 , 表示，即得到公式：
( ) ( ) ( ) =: ? !@
>$ >"
? $#O;0
>$ >"
? "#O;0
A$ A"
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在分析和设计 A/B 滤波器时，经常采用转移矩阵 > B @ ，应用转
移矩阵 > B @ 可以方便分析 A/B 滤波器的插入损耗。
设计实例
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《电气自动化》!""# 年第 $% 卷 第 & 期
用于开关电源的 !"# 滤波器设计*
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同济大学电气工程系 !上海 "#$%#& ’ 付明民 袁登科 张逸成 ! !"#$%&’"(& )* +,"-&%.-$, +(/.(""%.(/0 1)(/2. 3(.4"%5.&60 78$(/8$. "#$%#&，’()*+ , -. /)*01)* 2.+* 34*054 6(+*0 2)7(4*0
现将不需要的电磁能量反射回源端来达到பைடு நூலகம்波效果。但是，由于
寄生参数以及集肤效应等的存在，实际上一部分利用了电阻性损
耗，这样可以提高插入损耗，不管是哪种滤波机制，最重要的一点
就是要保证对有用信号的衰减必须保持在可接受的范围之内。简
单的单级 !"# 滤波器的结构有如图 * 中几种。
在高电平模拟和数字电路中，简单的单级滤波器通常就足够
接收电路的抗干扰能力9 都可以采用滤波技术。
8 !"# 滤波器的主要技术参数
A/B 滤波器的主要技术参数有：额定电流、额定电压、漏电流、
使用温度范围、插入损耗、外型尺寸、重量等。上述参数中最重要
的是插入损耗，它是评价 A/B 滤波器性能优劣的重要指标。插入
损耗 ! =: , 的定义为，没有滤波器接入时，从噪声源传输到负载的功
了。但是在低电平模拟和数字信号电路以及在特别敏感的电子电
路中，为了达到更佳的抑制效果，可以采用两级或多级滤波器。典
型的两级滤波器结构如图 ’ 所示。多级滤波器可以显著提高滤波
效果，但是其体积和成本也会随着增加。
!"# 噪声根据噪声产生的机理不同可以分为共模和差模两种，
共模噪声又可称为不对称噪声，而差模噪声又可称为常模或串模或
造了 K]. 滤波器。本设计的目的是通过 _.?cI67 标准规定的汽车
零部件电源线输入端传导骚扰电压限值 *窄带 + 中的 Z 级限值。参
考文献 D Y E 中的测量设备包括测量接收机 ^B!:’-% 的频谱分析仪
K‘Y86^、汽车人工电源网络、参考接地平板、测试用计算机、NZL 7e
! "#$ 滤波器的结构
!"# 滤波器本质上都是低通滤波器，理想情况下按照阻抗最
大不匹配原则：当源阻抗是高阻时，滤波器的输入阻抗应为低阻，
反之亦然。当负载阻抗是高阻时，滤波器的输出阻抗应为低阻，反
之亦然。一般来说，在高阻抗电路中电容器在静噪方面更为有效，
而在低阻抗电路中，电感器则更为有效，通过阻抗的最大不匹配实
图中的 6#78 又称人工电源网络，是传导型噪声测量的重要工
具，电路图如图 I 所示。
在进行电磁兼容测试的时候，源端是开关电源，负载端是人工
电源网络。
由 6#78 的
内部结构图
可知，对于
共模干扰，
6#78 提 供
的两个 ’+!
的电阻负载
并联成为
%’! 的负载
阻抗。而对
于差模干
扰，6#78 提
供的两个
HKJ.7K.J4H ;L A/B L)OK4J +J4 )*KJ;M.74MT <)K( +*+OPH)H ;L CBDE *4KU;J5 +*M K(4 7(+J+7K4J)HK)7H ;L A/B *;)H49 K(4 4V.)R+O4*K 7)J7.)KH ;L 7;11;* 1;M4 +*M M)LL4J4*K)+O 1;M4 +J4 M4H)0*4M H4I+J+K4OPT W+H4M ;* K(4 A/’ HK+*M+JM 41)HH);* O)1)K9 K(4 *44M4M )*H4JK);* O;HH )H 7+O7.O+K4MT G(4* IJ;I4J 7;1I;*4*KH L;J K(4 A/B L)OK4J +J4 7(;H4* +*M + IJ;K;KPI4 A/B L)OK4J )H S.)OKT ?K O+HK K(4 14K(;M ;L A/B L)OK4J M4H)0* )H R4J)L)4M SP K(4 4NI4J)14*KT 01234-5+F HU)K7(4M 1;M4 I;U4J H.IIOP A/B L)OK4J )*H4JK);* O;HH > 中图分类号 @ GEX$8 > 文献标识码 @ ? > 文章编号 @ $###Y8%%Z ! "##[ , #&Y##Z8Y#8
对称噪声。共模噪声就是相 / 地或中 / 地噪声，在线间流动方向相
同。而差模噪声就是相 / 中或相 / 相噪声，在线间流动方向相反。
要同时抑制共模和差模噪声，需要将抑制共模的简单滤波器和
抑制差模的简单滤波器组合在一起使用，常用的单级 !"# 滤波器的
结构图如图)所示。
图 ) 中的 ./ 电容用于滤除差模噪声，.0 电容用于滤除共模噪
不稳定性问题D6E 。
在参考文献 D Z E 中，利用人工电源网络和一些相关仪器，采用
插入损耗法可以测出噪声源阻抗的幅值和相位。在源阻抗、负载
阻抗都知道的情况下，计算出 K]. 滤波器等效电路的转移矩阵，
应用式 * ‘ + 计算出 K]. 滤波器的共模和差模插入损耗。
" 试验结果
在实际设计中，参考开关电源的阻抗特性，选取合适的器件构
上海市电磁兼容检测重点实验室 !上海 "##"(( ’ 龚 增 王 晖 ! 78$(/8$. 9"6 :$;)%$&)%6 )* +,"-&%)’$/("&.- <)’#$&.;.,.&6 1"5&.(/0 78$(/8$. "##"889 ’()*+ , :;*0 64*0 <+*0 =.)
摘 要：给出了用转移矩阵 > ? @ 参数法分析电源 A/B 滤波器插入损耗的具体方法9 介绍了电源 A/B 滤波器的几种基本结构。通过分析 CBDE 网络和 A/B 噪声的特性，分别对共差模等效电路进行分析与设计。结合所要通过的 A/’ 标准计算所需的插入损耗，选择 合适的元器件构造电源 A/B 滤波器，最后通过试验验证了设计方法的正确性。
*基金项目：国家自然科学基金项目 ! 编号：\#%XX#\& ] A#X ,
对于单个串联器件，转移矩阵参
数如图 $ 所示。
根据式 3$ ? 3" C D=" =$ ? C ="
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[ ]$ D
转移矩阵为 [ B] ^ #$
对于单个并联器件，转移矩阵参
数如图 " 所示。
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根据式
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根据插入损耗定义，由式 & * ( 、& ) ( 得
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从上式可以看出，对于一个参数 $,- 已知的滤波器，只要知道
源阻抗和负载阻抗就能够计算出插入损耗。
看做一个二端口
网络，如图8所示。
未 加 A/B 滤
波器时，负载两端