单片机技术应用 开关电源EMI滤波器典型电路
开关电源的EMI FILTER应用
图1开关电源EMI滤波器网络结构图2共模滤波网络结构3抑制开关电源EMI的滤波措施滤波是抑制干扰的一种有效措施，尤其是对开关电源EMI信号的传导干扰和辐射干扰。
任何电源线上传导干扰信号，均可示。
差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰。
在一小、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。
因此，欲控制在有关EMC标准规定的极限电平以下，最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤波器。
开关电源的100kHz。
EMC很多标准规定的传导干扰电平的极限值都是从10kHz算起。
对开关电源产生的高频段EMI信号，只要选择适当为简单的EMI滤波器，就可得到满意的效果。
3 1EMI滤波器的结构及工作原理图1为开关电源EMI滤波器的基本网络结构。
该滤波器是由集中参数元件构成的无源低通网络，其中L1和L2是绕在同一磁环上的2只独立线圈，称为共模电感线圈或共独立的差模抑制电感。
如果把该滤波器一端接入干扰源，负载端接被干扰设备，那么L1和Cy，L2和Cy就分别构成L—E和滤波器，用来抑制电源线上存在的共模EMI信号，使之受到衰减，被控制到很低的电平上。
共模滤波网络结构等效电路如图2所示，它由LCM和Cy组成。
图中右边是开关电源的共模噪声等效电路，并联电容Cp包括布电容及高频变压器初次级间的分布电容；Rp是电流源的并联电阻。
开关电源共模噪声等效电路的源内阻ZSMPS是高阻抗图1中，L1、L2两个线圈所绕匝数相同、绕向相反，使滤波器接入电路后，两只线圈内电流产生的磁通在磁环内相互抵消状态，从而使两只线圈的电感值保持不变。
但是，由于种种原因，如磁环的材料不可能做到绝对均匀，两个线圈的绕制L1和L2的电感量是不相等的，于是，（L1—L2）形成差模电感LDM，它和L3与L4形成的独立差模抑制电感与Cx电容器又组低通滤波器，用来抑制电源线上存在的差模EMI信号。
电源上的EMI滤波电路是什么？
电源上的EMI滤波电路是什么？首先介绍一下开关电源的整体架构，你就会明白EMI滤波电路在整体电路里的作用。
EMI滤波电路就是图中滤波器和浪涌抑制器中的部分电路，它处于电源输入后的首个干扰处理电路，可以说是非常重要。
一个产品安规过不过得了，EMI滤波电路的性能好坏可是占了大头。
一、为什么要有EMI滤波电路呢？其实在开头介绍的时候已经简单提到过，就是要处理干扰。
电源的电磁干扰主要是电源噪声，电源噪声属于射频干扰（RFI）。
根据传播方向的不同，电源噪声分为：一类是外部通过电源线产生的对电子设备的干扰；另一类是电子设备经电源线传出去对外部造成的干扰。
这说明电源噪声属于双向干扰信号。
电子设备既是噪声干扰对象，又是一个噪声源。
根据形成特点的不同，电源噪声分为串模干扰和共模干扰。
串模干扰是指两条电源线（线对线）之间的噪声，共模干扰是指两条电源线对大地的噪声。
二、EMI滤波电路要求电源需要有EMI滤波电路对以上噪声进行处理，而此电路需要满足下列要求。
首先EMI滤波器必须满足电磁兼容性（EMC）的要求，也必须是双向射频滤波器。
一方面要滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面要避免本身设备对外辐射噪声干扰影响其它电子产品。
此外应该具有对串模干扰和共模干扰的抑制能力。
三、EMI滤波电路构成EMI滤波器是由电容器和电感器等简单元件构成。
如下图所示，其电路包括共模扼流圈（也称共模电感）L1，滤波电容C1~C4，串模扼流圈L2（也称串模电感）。
L1对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，对共模信号有很大的阻抗，使其不易通过。
而L2则对共模干扰起作用。
C1和C4采用薄膜电容器，容值范围大概在0.01~0.47uF,主要用来滤除串模干扰；C2和C3跨接在输出端，并将电容器的中点接大地，能有效抑制共模干扰，容值范围在2200pF~0.1uF，为减小漏电流，电容器不宜超过0.1uF,C1~C4的耐压值为DC630V 或AC250V。
开关电源EMI滤波器原理与设计
EMI滤波器的分类
按安装位置分类
可以分为输入EMI滤波器和输出EMI滤波器。输入EMI滤波器安装在电源输入 端，用于抑制电网中的电磁干扰；输出EMI滤波器安装在电源输出端，用于抑 制电源对负载的电磁干扰。
按元件分类
可以分为无源EMI滤波器和有源EMI滤波器。无源EMI滤波器主要由电感和电容 组成，有源EMI滤波器则增加了运算放大器等电子元件。
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工业控制
如PLC、伺服驱动、传感器等。
汽车电子
如发动机控制、刹车控制等。
案例一：某型号电源的EMI滤波器设计
背景介绍
某型号电源在运行过程中出现了严重 的EMI干扰问题。
设计方案
采用EMI滤波器对电源输出端的干扰 进行抑制。
设计细节
根据电源的输出阻抗特性和干扰频率 ，选择合适的滤波器元件和结构。
实验验证
提高效率
优化电路拓扑结构，以提高电源的效率。例如， 采用同步整流、软开关等技术。
降低电磁干扰
合理设计电路拓扑结构，降低开关电源本身产生 的电磁干扰。
改进元件布局和布线
优化元件布局
合理安排各个元件的位置，以减小它们之间的相互干扰。
合理布线
优化线路布局，减小电流回路的大小和复杂度，以降低线路的电 感和电阻。
样品制作阶段
制作滤波器样品，并进行初步 的测试和验证。
批量生产阶段
在生产线上进行批量生产，并 进行持续的测试和验证。
应用现场阶段
在实际使用现场进行应用和验 证，确保滤波器的性能和效果
符合设计要求。
06
开关电源EMI滤波器应用 与案例分析
应用领域
电力电子设备
如电源、逆变器、变频器等。
11 EMI滤波器和开关电源防护设计
图 *+.-
开关电源共模发射路径
+ . - 恒频 67( 的 $(0 频谱 + , - 开关频率调制 67( 的 $(0 频谱
图 8 用开关频率调制技术， 降低 $(0 电平 /@ 优化驱动电路 在维持电路性能不变尽量降低开关 电源的 $(0 性能， 是近年来发展的一个新方向。 8@ 共模干扰的无源抑制技术 图 *+,开关电源差模发射路径 7E 提出一种噪 声源平衡新 技术，用 来抑制共 模噪声 源。开关电源共模干扰的产生是开关管在开关关断状态时， 开关管对地分布电容等构成的对地共模干扰。因此 7E 的基 本思路是设法从开关变压器中取出一个与上述共模干扰电 压完全反相的补偿电压， 用以抵消共模干扰电压。 以图 123345 变换器为例， 在主电路电感绕组上附加一个反相绕组。 图1中 " 点对地电压就是该变换器主要的共模干扰电压，为了抵消 共模干扰电压，附加了 9F 9 的反相绕组。这时 2 点的对地电 相位相反。当然要实现这一 压与 " 点的共模干扰大小相等、 目标，就要求 2 点与开关管散热器之间的分布电容 )G 尽量 与 " 点与开关管散热器之间的分布电容 )G 相等。
图 / 中的 $(0 测试曲线是在相同主电路拓扑和开关频 率的条件下，采用硬开关技术和零电压软开关技术的两个变 换器的传导 $(0 电平。图中 91:;<= 偏下的曲线是硬开关变
图/
硬开关技术和零电压软
开关技术变换器传导 $(0 电平实验比较 换器的谱线，偏上曲线是软开关变换器的谱线。可以看出两 而且互有优势， 即低端硬开关变换 条谱线仅相差几个 >2!?， 器有些优势，高端软变频器有些优势。所以开关电源的 $(0 电平是由许多因素决定的，不能片面的认为软开关技术可以 完全解决 $(0 问题。原因是虽然主电路采用了软开关技术， 但其辅助的开关电路将导致主电路产生附加的 $(0 电平， 若 加上印制板的元件布置和走线设计不当，更难以显示出软开 关技术的优势。 *@ 开关频率调制技术 常规恒频脉宽调制 + 67( - 技术的 $(0 频谱如图 8 + . - 所 示， 它们的能量集中在基频 AB 及其谐波 *AB 、 由于 /AB……上， 图1 一种共模干扰的有源抑制
EMI滤波器电路原理及设计
EMI滤波器电路原理及设计EMI滤波器（Electromagnetic Interference Filter）是一种用于抑制电磁干扰的电路。
电磁干扰是指电子设备之间相互干扰产生的电磁辐射或者干扰信号，会对设备的正常操作和性能产生负面影响。
EMI滤波器通过选择性地传递或者屏蔽指定频率范围内的信号，从而实现对电磁干扰的抑制。
一般来说，低通滤波器是指可以通过低于其中一特定频率的信号，而对高于该特定频率的信号进行滤波的电路。
低通滤波器常用于消除高频电磁干扰。
一个常见的低通滤波器电路是RC滤波器，由电容器和电阻器组成。
电容器对于高频信号具有很大的阻抗，从而将高频信号绕过电路，实现滤波作用。
选择合适的电容和电阻大小可以实现对于特定频率的信号滤波。
相比之下，高通滤波器是指可以通过高于其中一特定频率的信号，而对低于该特定频率的信号进行滤波的电路。
高通滤波器常用于消除低频电磁干扰。
一个常见的高通滤波器电路是RL滤波器，由电感器和电阻器组成。
电感器对于低频信号具有很大的阻抗，从而将低频信号绕过电路，实现滤波作用。
选择合适的电感和电阻大小可以实现对于特定频率的信号滤波。
除了RC和RL滤波器，还有其他各种类型的EMI滤波器电路，比如LC滤波器、二阶滤波器、传输线滤波器等，可以根据具体应用的需求进行选择和设计。
在EMI滤波器电路的设计中，首先需要确定需要滤波的频率范围，然后根据频率范围选择合适的滤波器类型。
其次，需要根据滤波器的阻抗特性和传输线的特性来选择适当的元件值。
还需要注意电路的功率和电流容量，以确保电路能够在正常工作范围内工作。
在实际应用中，EMI滤波器电路通常需要与其他电路结合使用，比如与电源、传输线路、信号线路等进行连接。
因此，需要特别注意电路的布局和接线，以减少电磁干扰的传播路径。
总之，EMI滤波器电路是一种用于抑制电磁干扰的重要电路，通过选择性地传递或者屏蔽指定频率范围内的信号，实现对电磁干扰的抑制。
在设计EMI滤波器电路时，需要根据具体应用需求选择合适的滤波器类型，并根据电路的阻抗特性和传输线的特性选择适当的元件值。
EMI滤波电路及其仿真
开关电源输入EMI滤波器设计与仿真摘要：开关电源中常用EMI滤波器抑制共模干扰和差模干扰。
三端电容器在抑制开关电源高频干扰方面有良好性能。
文中在开关电源一般性能EMI滤波器电路结构基础上，给出了使用三端电容器抑制高频噪声的滤波器结构。
并使用PSpice软件对插入损耗进行仿真，给出了仿真结果。
1 开关电源特点及噪声产生原因随着电子技术的高速发展，电子设备种类日益增多，而任何电子设备都离不开稳定可靠的电源，因此对电源的要求也越来越高。
开关电源以其高效率、低发热量、稳定性好、体积小、重量轻、利于环境保护等优点，近年来取得快速发展，应用领域不断扩大。
开关电源工作在高频开关状态，本身就会对供电设备产生干扰，危害其正常工作；而外部干扰同样会影响其正常工作。
开关电源干扰主要来源于工频电流的整流波形和开关操作波形。
这些波形的电流泄漏到输入部位就成为传导噪声和辐射噪声，泄漏到输出部位就形成了波纹问题。
考虑到电磁兼容性的有关要求，应采用EMI电源滤波器来抑制开关电源上的干扰。
文中主要研究的是开关电源输入端的EMI滤波器。
2 EMI滤波器的结构开关电源输入端采用的EMI滤波器是一种双向滤波器，是由电容和电感构成的低通滤波器，既能抑制从交流电源线上引入的外部电磁干扰，还可以避免本身设备向外部发出噪声干扰。
开关电源的干扰分为差模干扰和共模干扰，在线路中的传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。
差模干扰是火线与零线之间产生的干扰，共模干扰是火线或零线与地线之间产生的干扰。
抑制差模干扰信号和共模干扰信号普遍有效的方法就是在开关电源输入电路中加装电磁干扰滤波器。
EMI滤波器的电路结构包括共模扼流圈(共模电感)L，差模电容Cx和共模电容Cy。
共模扼流圈是在一个磁环(闭磁路)的上下两个半环上，分别绕制相同匝数但绕向相反的线圈。
两个线圈的磁通方向一致，共模干扰出现时，总电感迅速增大产生很大的感抗，从而可以抑制共模干扰，而对差模干扰不起作用。
EMI滤波器电路原理及设计
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、效率高等长处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，且自身旳高频信号也会引起大量旳噪声，会污染电网环境，干扰同一电网其她电子设备旳正常工作。
这样就对EMC提出了更高旳规定指标。
分类：开关电源中旳电磁干扰（EMI）重要有传导干扰和辐射干扰。
通过对旳旳屏蔽和接地系统设计可以得到有效旳控制，对于传导干扰来说，加装EMI滤波器，是一种比较经济有效旳措施，辐射干扰旳克制可以通过加装变压器屏蔽铜片。
EMI滤波器简介开关电源与交流电网相连，尽管开关电源是一种单端口网络，但具有相线（L），零线（N），地线（E）旳开关电源事实上形成了两个AC端口，因此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）之间旳干扰叫做差模干扰（属于对称性干扰），火线（L）与地线（E）之间旳干扰叫做共模干扰（非对称性干扰）。
在一般状况下，差模干扰幅度小、频率低、所导致旳干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所导致旳干扰较大。
开关电源旳EMI干扰源集中体目前功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源旳干扰重要来自电网旳抖动、雷击、外界辐射等。
1.开关电源旳EMI干扰源开关电源旳EMI干扰源集中体目前功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源旳干扰重要来自电网旳抖动、雷击、外界辐射等。
（1）功率开关管功率开关管工作在On-O ff迅速循环转换旳状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合旳重要干扰源，也是磁场耦合旳重要干扰源。
（2）高频变压器高频变压器旳EMI来源集中体目前漏感相应旳di/dt迅速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合旳重要干扰源。
（3）整流二极管整流二极管旳EMI来源集中体目前反向恢复特性上，反向恢复电流旳断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高 dv/dt，从而导致强电磁干扰。
EMI滤波器的设计原理分析
EMI滤波器的设计原理分析随着电子设备、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及，电网噪声干扰日益严重并形成一种公害。
特别是瞬态噪声干扰，其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高(几百伏至几千伏)、随机性强，对微机和数字电路易产生严重干扰，常使人防不胜防，这已引起国内外电子界的高度重视。
电磁干扰滤波器(EMI Filter)是近年来被推广应用的一种新型组合器件。
它能有效地抑制电网噪声，提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性，可广泛用于电子测量仪器、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。
1 电磁干扰滤波器的构造原理及应用1.11 构造原理电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz~30MHz，最高可达150MHz。
根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰，另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。
这表明噪声属于双向干扰信号，电子设备既是噪声干扰的对象，又是一个噪声源。
若从形成特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。
串模干扰是两条电源线之间(简称线对线)的噪声，共模干扰则是两条电源线对大地(简称线对地)的噪声。
因此，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性(EMC)的要求，也必须是双向射频滤波器，一方面要滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。
此外，电磁干扰滤波器应对串模、共模干扰都起到抑制作用。
1.2 基本电路及典型应用电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。
该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应接通大地。
电路中包括共模扼流圈(亦称共模电感)L、滤波电容C1~C4。
Ｌ对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。
它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。
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开关电源EMI滤波器典型电路
EMI滤波器：
标准的EMI滤波器通常由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波电路，其作用是允许设备正常工作时的频率信号进入设备，而对高频的干扰信号有较大的阻碍作用。
低通滤波器：
EMI滤波器是一种由电感和电容组成的低通滤波器，它能让低频的有用信号顺利通过，而对高频干扰有抑制作用。
EMI滤波器的典型结构图
EMI滤波器的典型结构如图所示。
作用：
EMI滤波器的作用，主要体现在以下两个方面：
2.1、抑制高频干扰
抑制交流电网中的高频干扰对设备的影响；
2.2、抑制设备干扰
抑制设备（尤其是高频开关电源）对交流电网的干扰。
开关电源EMI滤波器典型电路：
开关电源典型电路
开关电源为减小体积、降低成本,单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器,典型电路图1所示。
图（a）与图（b）中的电容器C能滤除串模干扰,区别仅是图（a）将C接在输入端,图（b）则接到输出端。
图（c）、（d）所示电路较复杂,抑制干扰的效果更佳。
图（c）中的L、C1和C2用来滤除共模干扰,C3和C4滤除串模干扰。
R为泄放电阻,可将C3上积累的电荷泄放掉,避免因电荷积累而影响滤波特性;断电后还能使电源的进线端L、N不带电,保证使用的安全性。
图（d）则是把共模干扰滤波电容C3和C4接在输出端。
EMI滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。
图中曲线a为加EMI滤波器时开关电源上0.15MHz～30MHz传导噪声的波形（即电磁干扰峰值包络线）。
曲线b是插入如图1（d）所示EMI滤波器后的波形,能将电磁干扰衰减50dBμV～70dBμV。
显然,这种EMI滤波器的效果更佳。
干扰抑制曲线图
电磁干扰滤波器电路：
电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。
该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端,使用时外壳应接通大地。
电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感）L、滤波电容C1～C4。
L对串模干扰不起作用,但当出现共模干扰时,由于两个线圈的磁通方向相同,经过耦合后总电感量迅速增大,因此对共模信号呈现很大的感抗,使之不易通过,故称作共模扼流圈。
它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上,当有电流通过时,两个线圈上的磁场就会互相加强。
L的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关,参见表1。
需要指出,当额定电流较大时,共模扼流圈的线径也要相应增大,以便能承受较大的电流。
此外,适当增加电感量,可改善低频衰减特性。
C1和C2采用薄膜电容器,容量范围大致是0.01μF～0.47μF,主要用来滤除串模干扰。
C3和C4跨接在输出端,并将电容器的中点接地,能有效地抑制共模干扰。
C3和C4亦可并联在输入端,仍选用陶瓷电容,容量范围是2200pF～0.1μF。
为减小漏电流,电容量不得超过0.1μF,并且电容器中点应与大地接通。
C1～C4的耐压值均为630VDC 或250VAC。
图2示出一种两级复合式EMI滤波器的内部电路,由于采用两级（亦称两节）滤波,因此滤除噪声的效果更佳。
针对某些用户现场存在重复频率为几千赫兹的快速瞬态群脉冲干扰的问题,国内外还开发出群脉冲滤波器（亦称群脉冲对抗器）,能对上述干扰起到抑制作用。