EMI滤波器设计原理
EMI滤波器的设计原理

EMI滤波器的设计原理首先,要了解EMI滤波器的设计原理,我们需要了解电磁干扰的基本特性。
电磁干扰是指在电路中传输的电流和电压信号中引入噪声或干扰的现象。
电磁干扰可以分为传导干扰和辐射干扰两种类型。
传导干扰是指电磁干扰通过导线或电路板上的传输线传播的干扰信号,而辐射干扰则是指干扰信号通过电路中的元器件辐射到周围环境中。
为了抑制电磁干扰,EMI滤波器利用传输线理论来设计。
传输线理论是一种用于描述电磁波在导线或电缆中传播的理论。
根据传输线理论,电磁波在导线中的传播会受到电感和电容的影响。
因此,通过选择合适的电感和电容器,并将它们组合成适当的电路结构,可以实现对电磁干扰的滤波作用。
1.频率响应:根据电磁干扰的频率范围选择合适的滤波器类型。
常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
2.阻抗匹配:为了最大限度地抑制电磁干扰,滤波器需要具有与干扰信号源或受干扰设备之间的阻抗匹配。
阻抗匹配可以减少信号的反射和传输损耗。
3.电感和电容的选择:根据频率响应和阻抗匹配的要求选择合适的电感和电容器。
电感和电容器的数值越大,滤波器对干扰信号的抑制效果越好。
4.滤波网络的结构:根据具体的应用需求确定滤波器的电路结构。
常见的滤波器结构包括Pi型滤波器、T型滤波器、L型滤波器等。
在实际设计中,需要进行电路仿真和实验测试来评估滤波器的性能。
通过调整电感和电容的数值、调整滤波器的结构等方式,可以进一步优化滤波器的性能。
总结起来,EMI滤波器的设计原理是基于电磁干扰的特性和传输线理论,通过选择合适的电感和电容器,并将它们组合成适当的电路结构,来实现对电磁干扰的滤波作用。
在实际设计中,需要考虑频率响应、阻抗匹配、电感和电容器的选择以及滤波网络的结构等因素,通过电路仿真和实验测试来评估滤波器的性能并进行优化。
emi滤波器工作原理

emi滤波器工作原理EMI滤波器是一种用于抑制电磁干扰(EMI)的设备,它可以将高频电磁波从电路中滤除或减弱,以保证电路的正常工作和减少对其他设备的干扰。
EMI滤波器的工作原理主要包括两个方面:传导路径和耦合路径。
传导路径是指电磁波在电路中的传导路径。
当电磁波进入电路时,它会通过电源线、信号线、地线等传导到电路中的各个部分。
这些传导路径是电磁波进入电路的主要途径,也是EMI滤波器起作用的重点。
EMI滤波器通过在传导路径上设置电感和电容等元件来实现对电磁波的滤除或减弱。
其中,电感主要用于滤除高频电磁波,而电容则主要用于减弱低频电磁波。
通过合理选择电感和电容的数值和结构,可以使EMI滤波器在不同频段上具有不同的滤波效果,以满足不同电路对电磁波的屏蔽要求。
耦合路径是指电磁波在电路中的耦合路径。
当电磁波进入电路后,它会通过电路中的元件间的耦合作用,传递到电路中的其他部分。
这些耦合路径是电磁波在电路中传播的次要途径,但同样需要进行抑制,以减少对其他设备的干扰。
EMI滤波器通过在耦合路径上设置衰减器、隔离器等元件来实现对电磁波的滤除或减弱。
衰减器主要用于减弱电磁波的幅度,而隔离器则主要用于隔离电磁波的传播路径。
通过合理选择衰减器和隔离器的数值和结构,可以使EMI滤波器在耦合路径上起到有效的屏蔽作用,从而减少对其他设备的干扰。
除了传导路径和耦合路径,EMI滤波器还可以通过其他方式来实现对电磁波的滤除或减弱。
例如,可以通过在电路中添加屏蔽罩、屏蔽层等结构来阻挡电磁波的传播;还可以通过调整电路的布局和结构来减少电磁波的辐射和散射。
EMI滤波器通过在传导路径和耦合路径上设置合适的元件和结构,以及其他方式的组合,来实现对电磁波的滤除或减弱。
通过有效地抑制电磁干扰,EMI滤波器可以保证电路的正常工作,减少对其他设备的干扰,是电子设备中必不可少的重要组成部分。
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滤波器电路原理及设计

EMI滤波器电路原理及设计
EMI滤波器的原理是基于信号的频率特性和线路的阻抗匹配。
在设计EMI滤波器时,首先需要分析电路中的电磁干扰源,并根据干扰频率的不
同选择合适的滤波器类型。
常见的滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
在滤波器的设计中,核心是选择合适的元件参数以及电路拓扑结构。
其中电感和电容是常用的滤波元件,它们的选择需要考虑滤波器的频率响
应特性。
一般来说,电感可用于低频段的滤波,而电容则适用于高频段的
滤波。
在滤波器的设计中还需要考虑元件的阻抗匹配,以提高滤波效果。
除了滤波器,EMI滤波器还包括抑制器。
抑制器通过增加抑制网络,
进一步提高滤波器对电磁干扰的抑制效果。
抑制网络一般包括与电磁干扰
源之间的串联电感和并联电容。
它们通过改变电路的阻抗特性,减少电磁
干扰信号的传输和辐射。
在设计EMI滤波器时,还需要考虑电路的输入和输出特性以及滤波器
的功率损耗。
输入和输出特性的分析包括电压、电流和功率的测量与计算,以保证滤波器在工作范围内的性能。
而功率损耗则是指滤波器对信号的能
量损耗,需要控制在合理的范围内,以避免对整体电路性能的影响。
总之,EMI滤波器的设计原理是基于信号的频率特性和线路的阻抗匹配。
通过选择合适的滤波器类型、元件参数和抑制网络,可以实现对电磁
干扰的抑制。
设计时需要考虑电路的输入和输出特性以及滤波器的功率损耗,以保证滤波器正常工作并提供良好的滤波效果。
emi滤波原理

emi滤波原理
EMI滤波原理是指利用滤波器对电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)进行抑制和消除的一种技术手段。
电磁干
扰是指电子器件或系统之间通过电磁场相互作用而引起的电流、电压或功率的异常现象。
这种干扰可能导致设备的信号失真、通信故障、设备损坏甚至系统崩溃。
EMI滤波的基本原理是通过滤波器的能力选择性地抑制或消
除电磁波谱中特定频率范围内的信号,从而达到减少或清除干扰的目的。
滤波器通常根据干扰源的频谱、功率和特征阻抗来选择合适的滤波方式。
常见的EMI滤波器包括低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波
器和高通滤波器。
低通滤波器将高频成分滤除,只保留低频信号,可用于抑制高频噪声和射频干扰。
带通滤波器可以选择性地通过一定频率范围内的信号,用于滤除或减弱特定频率引起的干扰。
带阻滤波器则可以选择性地滤除一定频率范围内的信号,用于消除特定频率的干扰。
而高通滤波器则用于滤除低频信号,保留高频信号。
在实践应用中,EMI滤波器常常作为被保护系统的接入点,
用于阻断或减弱从外部环境进入系统的电磁干扰。
此外,EMI
滤波器的性能评估通常通过干扰抑制比、频率响应、群延迟等参数来进行。
为了提高滤波效果,还可以采取多级联结的滤波器电路和使用适当的滤波器拓扑结构。
总之,EMI滤波原理通过选择合适的滤波方式和滤波器来抑
制和消除电磁干扰,保证被保护系统的正常运行。
它在电子设备和通信系统的设计中起着重要的作用,能有效提高系统的抗干扰能力,保证信号质量和设备的可靠性。
开关电源EMI滤波器原理和设计研究

开关电源EMI滤波器原理和设计研究开关电源EMI滤波器是用来减少开关电源产生的电磁干扰(EMI)的一种装置。
EMI是指开关电源工作时产生的高频干扰信号,可能会对其他电子设备、无线通信和无线电接收产生干扰,影响它们的正常工作。
EMI滤波器通过合理设计,能有效地抑制开关电源产生的EMI信号,从而减少对其他设备的干扰。
EMI滤波器的原理是基于电流和电压的相位关系来实现的。
开关电源在工作时会产生高频电流脉冲,而这些电流脉冲会通过开关电源输入端的电容等元件,从而形成高频电流回路。
EMI滤波器通过给开关电源输入端加上一个电感元件,阻断高频电流回路的形成,从而减小EMI信号的辐射。
设计EMI滤波器时需要考虑以下几个因素:1.工作频率范围:EMI滤波器需要在开关电源产生EMI信号的频率范围内有效工作。
根据具体的应用环境和要求,选择合适的滤波器工作频率范围。
2.滤波特性:滤波器需要具有良好的滤波特性,对于较高频率的EMI信号能够有较好的抑制效果。
常用的滤波器类型有低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3.过渡区域:滤波器在过渡区域需要平衡阻抗和频率之间的变化。
过渡区域越宽,滤波器的性能越好。
过渡区域的宽度需要根据具体要求进行设计。
4.安全和可靠性:EMI滤波器需要满足安全和可靠性的要求。
在设计过程中,需要考虑电源参数范围、电流和电压的安全范围等因素,以确保滤波器的稳定性和可靠性。
设计EMI滤波器的方法有多种,可以根据需求选择不同的设计方法。
常见的方法包括线性滤波器设计、Pi型滤波器设计和C型滤波器设计等。
其中,Pi型滤波器是应用最广泛的一种,它由两个电感和一个电容组成,能够对高频信号进行抑制。
总之,开关电源EMI滤波器的原理和设计研究是为了降低开关电源产生的电磁干扰,保证其他设备的正常工作。
通过合理的滤波器设计和选择合适的滤波器类型,可以有效地减少EMI信号对其他设备的干扰,提高系统的抗干扰性能。
emi 有源滤波 原理
emi 有源滤波原理
(原创版)
目录
1.EMI 的概念与分类
2.有源滤波的定义及原理
3.有源滤波的应用领域
4.EMI 有源滤波的优势与局限
正文
1.EMI 的概念与分类
EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰)是指由于电磁辐射或电磁脉冲等电磁现象对电子设备、系统或服务产生的干扰。
根据干扰的性质和来源,EMI 可分为多种类型,如共模干扰、差模干扰、辐射干扰等。
2.有源滤波的定义及原理
有源滤波是一种采用主动方式对电磁干扰进行抑制的技术,其核心是使用滤波器对电磁干扰信号进行衰减或消除。
滤波器的工作原理是利用特定元件(如电阻、电容、电感、晶体管等)构成一个具有特定频率响应的电路,从而在特定频率范围内对电磁干扰信号进行衰减。
3.有源滤波的应用领域
有源滤波技术在多个领域具有广泛的应用,包括通信系统、计算机系统、汽车电子、医疗设备等。
例如,在通信系统中,有源滤波可用于抑制来自其他通信信号的干扰;在计算机系统中,有源滤波可以减少电磁辐射对计算机内部元件的影响,提高系统稳定性。
4.EMI 有源滤波的优势与局限
EMI 有源滤波技术具有诸多优势,如抑制效果明显、可针对特定频率进行精细调制、适应性强等。
然而,它也存在一些局限,如滤波器设计复杂、成本较高、对某些高强度电磁干扰效果有限等。
EMI滤波器设计原理
EMI 滤波器设计原理
高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点,已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。
在开关电源应用于交流电网的场合,整流电路往往导致输入电流的断续,这除了大大降低输入功率因数外,还增加了大量高次谐波。
同时,开关电源中功率开关管的高速开关动作(从几十kHz 到数MHz),形成了EMI(electromagnetic interference)骚扰源。
从已发表的开关电源论文可知,在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰,传导干扰还会注入电网,干扰接入电网的其他设备。
减少传导干扰的方法有很多,诸如合理铺设地线,采取星型铺地,避免环形地线,尽可能减少公共阻抗;设计合理的缓冲电路;减少电路杂散电容等。
除此之外,可以利用EMI 滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。
EMI 骚扰通常难以精确描述,滤波器的设计通常是通过反复迭代,计算制作以求逐步逼近设计要求。
本文从EMI 滤波原理入手,分别通过对其共模和差模噪声模型的分析,给出实际工作中设计滤波器的方法,并分步骤给出设计实例。
1 EMI 滤波器设计原理。
三相电机emi滤波
三相电机emi滤波EMI滤波是一种用于消除电子设备中的电磁干扰(EMI)的技术。
在三相电机系统中,EMI滤波器起到了重要的作用。
本文将详细介绍三相电机EMI滤波的原理、设计和应用。
一、原理EMI滤波器的基本原理是利用电容器和电感器来滤除电磁干扰信号。
在三相电机系统中,EMI滤波器通常安装在电机的电源线上。
当电机运行时,会产生许多高频噪声信号,这些信号会通过电源线传播到其他设备中,导致电磁干扰。
EMI滤波器通过在电源线上串联电感器和并联电容器的方式,形成一个低通滤波器,可以滤除这些高频噪声信号,从而减少电磁干扰。
二、设计设计一个合理的三相电机EMI滤波器需要考虑多个因素。
首先,需要确定滤波器的截止频率。
截止频率决定了滤波器对高频噪声信号的滤除能力。
其次,需要选择适当的电感器和电容器参数。
电感器的选取要考虑电流和阻抗的要求,电容器的选取要考虑电压和容值的要求。
最后,需要合理布局滤波器的电路板,以减少电磁干扰。
三、应用三相电机EMI滤波器广泛应用于各种电子设备中。
在工业控制系统中,三相电机是常见的驱动设备,其高频噪声信号容易对其他设备产生干扰。
通过在电机的电源线上安装EMI滤波器,可以有效地减少电磁干扰,提高整个系统的稳定性和可靠性。
此外,在电力变频器、UPS电源、电力传输设备等领域,三相电机EMI滤波器也得到了广泛应用。
三相电机EMI滤波器是一种重要的电磁兼容技术,可以有效地减少电磁干扰,提高电子设备的性能和可靠性。
在设计和应用过程中,需要合理选择滤波器的参数,并注意电路的布局,以确保滤波器的有效性。
三相电机EMI滤波器的发展将进一步推动工业控制和电力传输等领域的发展。
emi滤波器原理
emi滤波器原理EMI滤波器原理。
EMI滤波器是一种用于抑制电磁干扰(EMI)的装置,它在电子设备和系统中起着非常重要的作用。
在现代电子设备中,尤其是无线通信设备和数字电路中,EMI滤波器的应用越来越广泛。
本文将介绍EMI滤波器的原理及其工作方式。
EMI滤波器的原理是基于电磁干扰的产生和传播机制。
电子设备在工作时会产生电磁干扰,这些干扰会通过电源线、信号线或空气传播到其他设备中,导致设备性能的下降甚至故障。
EMI滤波器的主要作用就是通过滤除或衰减这些干扰信号,保护设备的正常工作。
EMI滤波器通常由电容器、电感器和阻抗器组成。
电容器主要用于滤除高频干扰,它可以将高频信号短路到地,从而阻止其传播。
而电感器则主要用于滤除低频干扰,它可以将低频信号隔离或衰减,防止其进入设备。
阻抗器则用于匹配和稳定电路的阻抗,使得滤波器在工作时能够更加稳定和有效地工作。
EMI滤波器的工作方式是通过将干扰信号引入滤波器中,然后将其滤除或衰减,最后将干净的信号输出到设备中。
在这个过程中,滤波器需要根据干扰信号的频率和强度来选择合适的滤波元件和工作方式,以确保滤波效果最佳。
除了基本的滤波原理外,EMI滤波器还有一些特殊的工作原理,例如共模和差模滤波。
共模滤波是指滤除信号中的共模干扰,而差模滤波是指滤除信号中的差模干扰。
这些特殊的滤波原理可以更好地适应不同类型的干扰信号,提高滤波器的适用范围和性能。
总之,EMI滤波器是一种非常重要的电子器件,它可以有效地抑制电磁干扰,保护设备的正常工作。
通过了解其原理和工作方式,我们可以更好地选择和应用EMI滤波器,提高设备的抗干扰能力,确保设备的稳定性和可靠性。
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EMI滤波器设计原理高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点,已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。
在开关电源应用于交流电网的场合,整流电路往往导致输入电流的断续,这除了大大降低输入功率因数外,还增加了大量高次谐波。
同时,开关电源中功率开关管的高速开关动作(从几十kHz到数MHz),形成了EMI(electromagnetic interference)骚扰源。
从已发表的开关电源论文可知,在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰,传导干扰还会注入电网,干扰接入电网的其他设备。
减少传导干扰的方法有很多,诸如合理铺设地线,采取星型铺地,避免环形地线,尽可能减少公共阻抗;设计合理的缓冲电路;减少电路杂散电容等。
除此之外,可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。
EMI骚扰通常难以精确描述,滤波器的设计通常是通过反复迭代,计算制作以求逐步逼近设计要求。
本文从EMI滤波原理入手,分别通过对其共模和差模噪声模型的分析,给出实际工作中设计滤波器的方法,并分步骤给出设计实例。
1 EMI滤波器设计原理在开关电源中,主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的d v/d t 和d i/d t,因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号,其频率范围从开关工作频率到几MHz。
所以,传导型电磁环境(EME)的测量,正如很多国际和国家标准所规定,频率范围在0.15~30MHz。
设计EMI滤波器,就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。
基于上述标准,通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理范围内即可。
在数字信号处理领域普遍认同的低通滤波器概念同样适用于电力电子装置中。
简言之,EMI滤波器设计可以理解为要满足以下要求:1)规定要求的阻带频率和阻带衰减;(满足某一特定频率f stop有需要H stop的衰减);2)对电网频率低衰减(满足规定的通带频率和通带低衰减);3)低成本。
1.1 常用低通滤波器模型EMI滤波器通常置于开关电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波器。
如图1所示,噪声源等效阻抗为Z source、电网等效阻抗为Z。
滤波器指标(f stop和H stop)可以由一阶、二阶或三阶低通滤波器实现,滤波sink器传递函数的计算通常在高频下近似,也就是说对于n阶滤波器,忽略所有ωk相关项(当k<n),只取含ωn相关项。
表1列出了几种常见的滤波器拓扑及其传递函数。
特别要注意的是要考虑输入、输出阻抗不匹配给滤波特性带来的影响。
图1 滤波器设计等效电路表1 几种滤波器模型及传递函数1.2 EMI滤波器等效电路传导型EMI噪声包含共模(CM)噪声和差模(DM)噪声两种。
共模噪声存在于所有交流相线(L、N)和共模地(E)之间,其产生来源被认为是两电气回路之间绝缘泄漏电流以及电磁场耦合等;差模噪声存在于交流相线(L、N)之间,产生来源是脉动电流,开关器件的振铃电流以及二极管的反向恢复特性。
这两种模式的传导噪声来源不同,传导途径也不同,因而共模滤波器和差模滤波器应当分别设计。
显然,针对两种不同模式的传导噪声,将其分离并分别测量出实际水平是十分必要的,这将有利于确定那种模式的噪声占主要部分,并相应地体现在对应的滤波器设计过程中,实现参数优化。
在文献[6]和[7]中,提供了两种用于区分共模和差模噪声的噪声分离器,他们能有选择地对共模或差模噪声至少衰减50dB,因而可有效地测量出共模和差模成分。
分离器的原理和使用超出了本文的讨论范围,详细内容可见参考文献[6]和[7]。
以一种常用的滤波器拓扑〔图2(a)〕为例,分别对共模、差模噪声滤波器等效电路进行分析。
图2(b)及图2(c)分别代表滤波器共模衰减和差模衰减等效电路。
分析电路可知,C x1和C x2只用于抑制差模噪声,理想的共模扼流电感L C只用于抑制共模噪声。
但是,由于实际的L C绕制的不对称,在两组L C之间存在有漏感L也可用于抑制差模噪声。
C y即可抑制共模干扰、又可抑制差模噪声,只是由于g差模抑制电容C x2远大于C y,C y对差模抑制可忽略不计。
同样,L D既可抑制共模干扰、又可抑制差模干扰,但L D远小于L C,因而对共模噪声抑制作用也相对很小。
(a)常用的滤波器拓扑(b)共模衰减等效电路(c)差模衰减等效电路图2 一种常用的滤波器拓扑由表1和图2可以推出,对于共模等效电路,滤波器模型为一个二阶LC型低通滤波器,将等效共模电感记为L CM,等效共模电容记为C CM,则有L=L C+L D(1)CMC=2C y(2)CM对于差模等效电路,滤波器模型为一个三阶CLC型低通滤波器,将等效差模电感记为L DM,等效差模电容记为C DM(令C x1=C x2且认为C y/2<<C x2),则有 L=2L D+L g(3)DMC=C x1=C x2(4)DML型滤波器截止频率计算公式为Cf=(5)R,CM将式(1)及式(2)代入式(5),则有f=≈(L C>>L D)(6)R,CMCLC型滤波器截止频率计算公式为f=(7)R,DM将式(3)及式(4)代入式(7),则有f=(8)R,DM在噪声源阻抗和电网阻抗均确定,且相互匹配的情况下,EMI滤波器对共模和差模噪声的抑制作用,如图3所示。
图3 滤波器差模与共模衰减2 设计EMI滤波器的实际方法2.1 设计中的几点考虑EMI滤波器的效果不但依赖于其自身,还与噪声源阻抗及电网阻抗有关。
电网阻抗Z sink通常利用静态阻抗补偿网络(LISN)来校正,接在滤波器与电网之间,包括电感、电容和一个50Ω电阻,从而保证电网阻抗可由已知标准求出。
而EMI 源阻抗则取决于不同的变换器拓扑形式。
以典型的反激式开关电源为例,如图4(a)所示,其全桥整流电路电流为断续状态,电流电压波形如图5所示。
对于共模噪声,图4(b)所示Z source可以看作一个电流源I S和一个高阻抗Z P并联;图4(c)中对于差模噪声,取决于整流桥二极管通断情况,Z source有两种状态:当其中任意两只二极管导通时,Z source等效为一个电压源V S与一个低值阻抗Z S串连;当二极管全部截止时,等效为一个电流源I S和一个高阻抗Z P并联。
因而噪声源差模等效阻抗Z source以2倍工频频率在上述两种状态切换[2]。
(a)典型反激式开关电源(b)共模噪声源等效电路(c)差模噪声源等效电路图4 典型反激式开关电源及其噪声源等效电路图5 电源输入端电压、电流波形在前述设计过程中,EMI滤波器元件(电感、电容)均被看作是理想的。
然而由于实际元件存在寄生参数,比如电容的寄生电感,电感间的寄生电容,以及PCB板布线存在的寄生参数,实际的高频特性往往与理想元件仿真有较大的差异。
这涉及到EMC高频建模等诸多问题,模型的参数往往较难确定,所以,本文仅考虑EMI滤波器的低频抑制特性,而高频建模可参看文献[8]等。
故Z S及Z P取值与这些寄生电容、电感以及整流桥等效电容等寄生参数有关,直接采用根据电路拓扑及参数建模的方案求解源阻抗难以实现,因而,在设计中往往采用实际测量Z source。
2.2 实际设计步骤EMI滤波器设计往往要求在实现抑制噪声的同时,自身体积要尽可能小,成本要尽可能低廉。
同时,滤波效果也取决于实际的噪声水平的高低,分析共模和差模噪声的干扰权重,为此,在设计前要求确定以下参量,以实现设计的优化。
1)测量干扰源等效阻抗Z source和电网等效阻抗。
实际过程中往往是依靠理论和经验的指导,先作出电源的PCB板,这是因为共模、差模的噪声源和干扰途径互不相同,电路板走线的微小差异都可能导致很大EME变化。
2)测量出未加滤波器前的干扰噪声频谱,并利用噪声分离器将共模噪声V和差模噪声V measure,CM分离,做出相应的干扰频谱。
MEASUREE,CM接着就可以进行实际的设计了,仍以本文中提出的滤波器模型为例,步骤如下。
(1)依照式(9)计算滤波器所需要的共模、差模衰减,并做出曲线V measure,-f和V measure,DM-f,其中V measure,CM和V measure,DM已经测得,V standard,CM和V standard,DM可参照CM传导EMI干扰国标设定。
加上3dB的原因在于用噪音分离器的测量值比实际值要大3dB。
(V req,CM)dB=(V measure,CM)-(V standard,CM)+3dB(V req,DM)dB=(V measure,DM)-(V standard,DM)+3dB(9)(2)由图3可知,斜率分别为40dB/dec和60dB/dec的两条斜线与频率轴的交点即为f R,CM和f R,DM。
作V measure,CM-f和V measure,DM-f的切线,切线斜率分别为40dB/dec 和60dB/dec,比较可知,只要测量他们与频率轴的交点,即可得出f R,CM和f R,DM,图6所示为其示意图。
(a)实线为共模目标衰减;虚线为斜率为40dB/dec切线(b)实线为差模目标衰减;虚线为斜率为60dB/dec切线图6f R,DM与f R,CM的确定(3)滤波器元件参数设计——共模参数的选取C y接在相线和大地之间,该电容器容量过大将会造成漏电流过大,安全性降低。
对漏电流要求越小越好,安全标准通常为几百μA 到几mA。
EMI对地漏电流I y计算公式为I=2πfCV c(10)y式中:f为电网频率。
在本例中,V c是电容C y上的压降,f=50Hz,C=2C y,V c=220/2=110V,则 C=(11)y若设定对地漏电流为0.15mA,可求得C y≈2200pF。
将C y代入步骤(2)中求得f R,CM 值,再将f R,CM代入式(6)中可得L=(12)c——差模参数选取 由式(8)可知,C x1,C x2,以及L D的选取没有唯一解,允许设计者有一定的自由度。
由图2可知,共模电感L c的漏感L g也可抑制差模噪声,有时为了简化滤波器,也可以省去L D。
经验表明,漏感L g量值多为L c量值的0.5%~2%。
L g可实测获得。
此时,相应地C x1、C cx2值要更大。