电源滤波器范文
时间：2023-03-01 02:17:49
电源滤波器范文第1篇
关键词：电脑；电源干扰；无源滤波器
中图分类号：TN912 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)06-1pppp-0c
1 电脑电源干扰分析
在我们的日常生活用电中，其实额定频率为50HZ的市电并不是“纯净”。由于电网中存在着各种各样的感性和容性负载，加上各类干扰脉冲，使得市电中夹杂着许多杂讯和杂波，特别是突发脉冲和高频干扰。这就使得电源的工作环境十分恶劣，而众所周知的是，计算机的抗干扰能力很差，特别是抗脉冲干扰的能力更差。如果没有一个“纯净”的电源环境，那么电脑频频出错和死机就是很常见的现象。此外电脑本身也是一个强大的干扰源，因为在电脑处理系统中，数模电路的混合使用，在工作时会产生各种频率的电磁信号，形成一个较为恶劣的内部工作环境。
而且随着我国电磁兼容要求的范围进一步扩大，电脑的EMC要求已明确提出。本文正是针对以上情况，介绍了制作一种新型的电脑电源无源滤波器。其目的是为了不让外界的干扰信号入侵干扰电脑的工作，也为了不让工作时产生的电磁信号外泄污染电网。
1.1 电源电路分析
从市面上看，国内目前的计算机电脑电源有串联调整式稳压电源，脉冲调宽式开关稳压电源（简称PWM）和不间断电源（简称UPS）。而现在我们家用电脑所用的电脑电源几乎都是脉冲调宽式开关电源。PWM电源的基本工作原理[1]如下：电网电压经整流滤波后得到约300V左右的直流电压，经晶体管调制后成为幅度为300V的高频脉冲。经高频变压器变压得到所需的电压，然后再经整流滤波得到需要的直流电压。输出电压的稳定则是依赖对脉冲宽度的改变来实现，这就叫做脉宽调制PWM。
在实际生产中，电路往往会根据实际需要而作出相应变化。现在电脑使用的符合ATX标准的电源几乎都是采用半桥式功率转换的经典电路。
无论在前两个任何一个中，我们都可以看见电路中是有两个地方是作为滤波之用的。一个是高压滤波电路，另外一个是低压滤波电路。高压滤波电路的主要元件是两个高压滤波电容，其作用是将脉动的直流电滤除交流成分而输出比较平稳的直流电。低压滤波电路，主要滤除低压电流（+5V、+12V等）中的杂波。所以其实两者的用途是一样的，一般都是大容量电容。在电容行业里它们都被称为“平滑电容”，只是两者的耐压值不一样。
1.2 电源干扰分析
如果只是按照以上的电路所生产出来的，而且这恰恰也是现在许多厂商为节省成本所做的一样，往往都超过了EMC所要求的标准。因为电脑电源的干扰的原因[2]有以下几个：
(1)混入电源网络中的干扰
这种干扰，一般是由于其它大功率用电设备作用于电网而形成的一种干扰，主要是高频干扰。
(2)电源变压器的漏磁通干扰
泄漏于变压器之外的漏磁通及分布电容的存在将向外界释放电磁场，从而对其它电路形成干扰。
(3)整流电路的干扰
整流电路将交流电变为脉动直流之后，这种脉动直流本身是一种50HZ（单相半波）或100HZ(单相全波或桥式整流)以及它们的高次谐波叠加在一起的纹波干扰。
(4)稳压电路的干扰
由于稳压电路的使用，也就带来了新的干扰因素。如果电路工作异常将可能产生自激振荡，或者由于稳压电路电压不稳定，也可能对所供电路造成一种认为的干扰。
综上所述，电脑电源系统的干扰包括电网的高频干扰，变压器的漏磁通干扰，纹波干扰以及稳压电路的自激干扰。所以一般电脑电源的高压、低压滤波电路都只是针对纹波干扰进行滤波，那效果当然不好。因此本文以下部分将给出一种电脑电源干扰的解决方案。
2 电脑电源EMC解决方案
2.1 电源EMC分析
电磁兼容EMC是指在有限的空间、时间和频谱范围内，各种电气设备共存而不引起性能的下降，它包括电磁骚扰（EMD）和电磁敏感（EMS）两方面的内容。EMD是指电气产品向外发出噪声，EMS则是指电气产品抵抗外来电磁骚扰的能力。
而电脑电源中的功率开关管在高频下的通、断过程产生大幅度的电压和电流跳变，因而产生强大的电磁骚扰，但骚扰的频率范围（
2.2 电源电磁骚扰的抑制
电脑电源EMC最主要是传导骚扰，在众多的抑制电源的EMD措施中，滤波是比较有效的办法。把电源滤波器安装在电源线与电子设备之间，不但可以用于抑制电源线引出的传导骚扰，同时又可以降低从电网引入的传导骚扰。而传导骚扰又分差模干扰和共模干扰两种。通常共模骚扰要比差模骚扰产生更大的辐射型EMD。目前抑制传导EMD最有效的方法是利用无源滤波技术。
作为一种双端口网络EMD滤波器，它对骚扰的抑制性能不仅取决于滤波器本身的拓扑，而且在很大程度上也受EMD滤波器输入、输出阻抗值的影响。由于EMD滤波器阻抗和负载阻抗的可变动性以及它们可能直接与电网相连的特点，电源EMD滤波器的输入、输出阻抗不但不匹配而且常常是末知的。这就造成了EMD滤波器设计不能完全应用成熟的通信用滤波器的设计方法和理论。所以现在EMD滤波器设计还是带有比较强的实践性。
而对于EMD滤波器设计具有技术依据的电磁兼容性国家标准是GB/T17618 1998《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》。根据此标准，家用电脑是属于信息技术设备B级，所以电脑电源EMC解决方案必须根据信息技术设备B级所提出的要求来进行，其中最主要的是应满足标准规定的抗扰度极限值要求。以下是我依据GB/T17618，针对电脑电源传导干扰，寻找EMC解决方案时所做的，并从中抽取几个比较有对比意义的实验图。
图1环境噪声干扰电平
实验分析：图1为背景噪声干扰，即当被测设备没有接上单相人工模拟电源时所测得的干扰。由图可见，环境噪声电平与规定的限值之差少于6dB，即试验场地能做到区分来自EUT的骚扰和环境噪声，满足测量条件。
图2 电脑电源传导干扰电平
实验分析：图2为电脑正常运行，CPU使用率为4%时的电源传导干扰。图中0。15MHz-1。0MHz频段上的干扰主要为差模干扰；1.0MHz-10MHz频段上的干扰为差模干扰和共模干扰的结合；10MHz-30MHz上的干扰主要为共模干扰。并且电脑电源传导干扰主要在0.15MHz－16MHz。
图3 电源传导干扰（电源两端并滤波电路后）
实验分析：图3为电源两端并上3.3UF薄膜电容时的传导干扰。由图可见，并上单个电容对干扰的抑制效果不明显，只对低频部分干扰（即差模干扰）起到一定的吸收作用。
图4 电源传导干扰（电源两端接上滤波电路后）
实验分析：图4为电源两端接上初始磁导率为10000，用锰－锌铁氧体卷绕的共模电感和一对容量为0.0022uF的Y2电容后的传导干扰。图中明显可见，1.4MHz-30MHz频率段的干扰电平降到低于规定限值，即共模干扰得到抑制。
图5 电源传导干扰（电源两端接上滤波电路后）
实验分析：由图5可见，电源传导干扰电平在0.15MHz－30MHz整个频段内都有明显的下降，即该滤波电路对干扰起到了较好的抑制作用，但仍存在一定的超标数据。低频部分干扰电平还比较高。3.2MHz上可能存在着谐振点。
图6电源传导干扰（电源两端接上一个二级滤波电路后）
实验分析：由图6可见，该二级滤波电路对干扰起到较好的抑制作用。0.15MHz-30MHz整个频段的干扰电平都低于标准限值，没有一个超标数据。其中前级电感是由锰-锌铁氧体卷绕的，初始磁导率比较高，电感量高；而后级电感是由镍-锌铁氧体卷绕的，高频特性比较好。
图7 电源传导干扰（电源两端接上一个二级滤波电路后）
实验分析：由图7可见，此为一个更优胜的解决方案。
图8 电源传导干扰（电源两端接上一个二级滤波电路后）
实验分析：由图8可见，二级滤波电路为我们本次设计的最终解决方案。所以经过实验所获得的上述图7是电脑电源滤波器最佳的方案：
0.82μF+0.1μF＋2X0.0047μF＋2X4.58 mH＋2X95μH
2.3 电源滤波器的元件参数
对于在上述电脑电源EMC解决方案，即 0.82μF +0.1μF＋2X0.0047μF＋2X4.58 mH＋2X95μH 。其所用的器件参数如下：
2.3.1 X2电容
2.3.2 Y2电容
2.3.3 L1电感
2.3.4 电阻
R=1MΩ/2W
3 EMC电源滤波器的特性
3.1 EMC电源滤波器的特性
3.1.1 使用温度/OPERATING TEMPERATURE
电容在850C、1.4Un 50/60Hz条件下正常长期工作时．
The capacitors continue to work.(T=850C U=1.4Un)
3.1.2 技术标准
EN133200:1999;GB/T 15287-94;GB/T 15288-94
3.1.3 电压连续耐久性/Endurance-voltage
在850C、1.75倍的Un和50/60Hz条件下， 97小时后容量变化不超过10%。
Under 850C 、1.75times Un and 50/60Hz.The capacitance change not more than 10% after 65hours.
过流，冲击电压Vtt=1000V。AC，冲击83S无击穿现象。
Withstand currentVtt=1000V。Ac 83S
3.1.5 可靠性/Reliability
累计工作3500个小时，电容组件失效率不超过100PPM,Under operating technology condition 。Fatality:≤100PPMwithin 3500hs。
4 技术参数推断依据
4.1 连续耐久性
在850C、1.75倍的Un和50/60Hz条件下，65小时后容量变化不超过10%。
依据：
假设计算机工作寿命为五年，平均每天工作六个小时，总共工作时间为10950小时。由占空比为44%。则累计加在上面电压的时间为4818小时。以1.75倍Un的电压进行实验时，由外推法，每实验一小时，则相当正常工作50小时。故只需进行97小时的实验，且其容量变化不超过10%。
4.2 电流冲击耐久性
在CGE218L下过流，冲击电压Vtt=1000V。AC，冲击60S无击穿现象。
依据：
工作时间推断同上，工作时间为7300，10950小时。每9秒冲击一次，则冲击的时间为438万次。在工作时冲击的主电压为380V。AC。以CGE218L进行过流冲击，冲击电压为1000V。AC ，由耐久性推断得在此电压冲击一次，相当于正常工作冲击的次数
N=(U/Un)7.2=2.637.2=1056
T=4380000/1056≈4148
只要在此设备上冲击4148次就等效于正常冲击438万次，设置设备每秒冲击50次。则冲击的时间为：t=4148/50≈83S
5 总结
自从我国加入世界贸易组织以来，我国的外贸活动就更加频繁了。但是很多比较发达的国家，特别是欧盟，要求所有在欧盟市场销售的电子电气产品必须在其对其他产品的干扰性及对外来影响的抗干扰性方面严格符合欧盟法律要求。而电脑就包含在所规定的要求EMC合格的电子电气产品之中。所以希望本文所提及的电脑电源EMC解决方案以及滤波器的制作，对我们国内生产电脑电源解决EMI问题有所帮助。
参考文献：
[1]王会立.开关电源的电磁兼容设计.
电源滤波器范文第2篇
关键词：电源滤波器；辐射干扰；可靠性；电源滤波器模型
中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）10-0072-02
1 概述
电源滤波器凭借其自身的优点，在电子信息领域拓展出更加辽阔的应用空间。但是，电源滤波器的构成设备和系统功能复杂化、设备零件的增多以及恶劣的环境，都是导致电源滤波器出现功能退化甚至失效的原因。除此之外，电源滤波器处理领域的特殊性能也对其稳定性和可靠性提出了更高的标准。因此，对于电源滤波器在应用过程中的稳定性和可靠性的研究有十分重要的应用价值和现实意义。
2 电磁干扰的途径、影响以及电源滤波器的使用
通常来说，电磁干扰的传播途径主要有两种：第一，在电磁工作的过程中，电流的动态变化可能会导致局域网电压的不稳定，进而对依赖当地电网的电气设备产生一定的影响，通常，我们把这种干扰称为传导干扰；第二，在电磁设备中，其工作电流的动态变化会导致电磁辐射的产生，电磁辐射对其他电气设备的运行也会产生一定的影响，而这种干扰一般被称为辐射干扰。
一般来说，电磁干扰的影响是多方面的，从小的方面来说，电磁干扰可能使电气设备的性能得不到有效的发挥；从大的方面来说，它可能使电气设备不能正常的工作；更为重要的是，电磁干扰很可能导致机密文件的泄露。
防止电磁干扰的有效方法主要是使用电源滤波器或者屏蔽装置。在屏蔽装置使用的过程中，虽然能够对电磁干扰起到一定的抑制作用，但是屏蔽设置在使用时，很可能会产生新的干扰源。所以，一般采用电源滤波器来防止电磁干扰。
一般来讲，在电源滤波器的使用过程中，交流稳压电源是我们最常使用的，这类的电源滤波器把电网和电子设备在一定程度上隔离开来。电源滤波器的作用是控制交流电源上的电磁干扰，所以我们一般会在直流电源的电路中添加一个RC电路，用来控制电磁设备产生的纹波。现今社会，各种电子设备的精密程度越来越高，同时也相对提高了对于电源的要求，各国也相继出台了关于电源的标准及要求。
3 电源滤波器的现状
国际上，电源滤波器的研究已经从定性分析逐步转变到计算机模拟以及定量分析的范畴，在预测技术、可靠性设计、各种电源滤波器模型的计算机辅助分析和电路设计等已经在应用领域开辟出了属于自己的天地。而在我国，关于可靠性物理以及相关的技术应用还停留在起步阶段，与国际水平相比还有较大的差距。对于电源滤波器来说，我国在这个领域的起步更晚、步伐也比较缓慢。随着电源滤波器越来越多地应用到电子侦察、军事通信以及电子信息领域，我们国家要提高电源滤波器的设计水平以及制造水平，就必须对电源滤波器进行可靠性物理以及应用技术的研究。
4 电源滤波器可靠性的探讨
电源滤波器的主要构成部件是电感器和电容器，这两个部件能够把混合的交直流电流区分开来。由于电磁干扰信号的影响，所以在探讨电源滤波器的可靠性时，要注意以下三点：第一，电源与电网之间都要有双向的滤波功能；第二，在工程设备的研究中，要充分地考虑到差模干扰以及工模干扰的因素；第三，要及时有效地对电源滤波器表层绝缘体氧化腐蚀的现象进行监测，确定导致这些现象的原因，及时采取有效的防护措施。
致使电源滤波器铝膜产生腐蚀主要是因为潮气、直流电压峰值以及杂质离子等方面的原因。所以，在使用电源滤波器的过程中，只有切断结构与铝膜接触面的杂质离子以及潮气的源头，才能从根本上控制铝膜氧化腐蚀。其中，最大限度地消除铝膜的杂质离子和潮气的方法就是把电源滤波器的铝膜和外界空气彻底隔离，从根本上降低电源滤波器被潮气等因素腐蚀的可能性，这样一来，电源滤波器的可靠性将大大提高。
如果想要实现电源滤波器铝膜与外界空气完全隔离的目的，可以在电源滤波器的铝膜表面覆盖一层密封的保护膜。一般来说，如果只是在电源滤波器的表面覆盖一层保护膜，而不采取其他的措施，那么就会因为覆盖保护膜而增大电源滤波器的能源损耗；与此同时，加盖一层保护膜，由于物质的质量加载效应，还可能导致电源滤波器连接的变化以及感电能力的改变；也可能就此引起电源滤波器的震动频率的偏移以及相位特性的改变；甚至可能由于表面材料的覆盖导致电源滤波器的直流耐压以及绝缘电阻的降低。在这里，我们可以通过对各种能够作为保护膜的材料进行反复的比对、实验以及筛选，寻找一种合适的有效的材料作为电源滤波器铝膜的保护层，把上述可能出现的不良反应发生概率降到最低，防止电源滤波器的本质性能产生明显的变化，从而避免设备事故的发生率。不仅如此，所制作出来的保护膜还要能够抵制水、酸碱离子以及高低压的冲击。
从电源滤波器本身的性质出发，一般可以采用的对其保护膜进行处理的方法主要是：首先，对雕刻了图案的芯片添加有腐蚀功能的物质，一段时间的腐蚀之后，开始实行去胶处理，去胶处理的过程完成之后，把电源滤波器放置在清洁而又干燥的地方，然后在其表面涂抹一层保护物质。在涂抹的过程中，一定要保证涂抹物质的厚度均匀、到位，以便于在这层物质晾干之后形成密封的保护膜。其次，在保证电源滤波器基本性能的情况下，对电源滤波器的保护膜进行简单快捷的铝膜保护层处理。从根本上隔离保护层与外界空气中的杂质离子和潮气，隔断电源滤波器中的铝膜被腐蚀或者被氧化的可能性，使电源滤波器的效能得到充分的发挥，并延长使用寿命。最后，在电源滤波器铝膜的制作过程中，还要严格地保证保护膜的制作质量，一定要使用正确的封装方法对电源滤波器的保护膜进行封装，最好采用倒置的方法来存放制作好的保护膜，主要的目的是为了保证电源滤波器性能的稳定。
5 电源滤波器测试分析
电源滤波器在测试过程中，对于单参数的变化来说，它属于低敏感度的范畴。在电源滤波器的铝膜被氧化腐蚀的情况下，不能简单地说，只是某一种参数的变化引起这种情况。一般来说，引起铝膜质变的原因是多方面的，通常都是几个参数相互作用的结果，因此铝膜的制作工艺对电源滤波器性能的稳定有非常重要的影响。不仅如此，铝膜的氧化腐蚀都和电源滤波器的质量以及封装技术有莫大的关系，所以在提高电源滤波器的性能可靠性的同时要多注重考虑电源滤波器的制造工艺，要在制造工艺上面多下功夫。
6 结语
本文通过对电源滤波器技术可靠性的分析以及测试，了解到了电源滤波器自身的优点以及电源滤波器应用到实际生活中的可靠性分析，并结合实际生活中的工程技术经验，分析电源滤波器的性能，综合研究其网络传输的畅通性以及稳定性，从而有效地保证电源滤波器更好地发挥其抑制电子电气设备电磁干扰的作用。
参考文献
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[6] 李萍.利用滤波器抑制开关电源的电磁干扰[J].电源技术应用，2001，（5）.
电源滤波器范文第3篇
关键词:网络理论;EMI电源滤波器;插入损耗;开关电源
中图分类号:TN713文献标识码:B
文章编号:1004-373X(2009)10-193-02
Design and Simulation of EMI Filter of Switching-mode Converter
WANG Jinxia1,YANG Qingjiang1,ZHANG Hui2
(1.Electric and Information College,Heilongjiang University of Science and Technology,Harbin,150027,China;2.Pacific Circuit Company,Dalian,116001,China)
Abstract:Filtering is a good way to suppress the conducted EMI.In order to improve the performance of filter and shorten the research and development time,a simple and good effect filter design method is presented in this dissertation for DC-DC switch power.Basic theory of EMI source filter,topological structure,principle of design and high frequency performance of filtering components are illustrated in this dissertation.Then filter insertion loss simulation model is established,simulation program is compiled and design results are analyzed.Finally,correction of design method is verified by practice test.At the same time,on the basis of design of EMI source filter,continuation function circuit of filter is designed.It is main against surge voltage by switch motion.
Keywords:network theory;EMI source filter;insertion loss;switch power
目前,在我国绝大多数工程设计中,尤其是在设计初期,很少考虑设备内部电路对内以及对外的电磁干扰问题,致使许多电力电子装置性能都不能得到理想效果。往往是问题出现了才去寻找原因与解决方案,这既耗时又耗力,而且加大了产品的成本。因此,提高电力电子装置的电磁兼容性[1]已成为十分重要的问题。为了提高产品质量与可靠性,缩短产品的开发周期,则要求进一步加强对电力电子装置电磁干扰特性的研究,特别是在设计初期,则考虑设备电路之间的电磁干扰是十分必要的,然而电磁干扰滤波器[2]是提高电力自动化设备电磁兼容性的重要器件之一。
1 研究方法和实验方案
1.1 开关电源频率分布
根据开关电源[3]产生共模、差模干扰的特点,可以粗略按干扰的分布划分3个频段:0.15~0.50 MHz差模干扰为主;0.5~5 MHz差模、共模干扰共存;5~30 MHz共模干扰为主。
1.2 共模和差模等效电路
在进行EMI电源滤波器电路结构分析时,通常将共模干扰和差模干扰分开分析,分别计算各自等效电路的A参数矩阵,并得出对应的插入损耗[4]。
分别给出滤波器在理想状态下的共模等效电路和差模等效电路如图1、图2所示。
1.3 干扰信号分析
近年来,共模和差模干扰信号分离技术发展日渐成熟,可通过多种方法获得共模和差模干扰信号各自的相量成分大小。常用的干扰信号分离方法有电流探棒、差模拒斥网络以及干扰分离器等。在进行传导型电磁干扰测量时,必须使用传输线阻抗稳定网络[5],它是电磁兼容检测规定的线性阻抗固定网络,其主要功能是提供待测物工作电源,隔绝外部干扰,并提供一个固定阻抗,以摄取待测物干扰,利用频谱分析仪[6]读取干扰的大小,测量电路如图3所示。当分别获知干扰源共模和差模干扰大小时,便可利用共模和差模等效滤波电路[7],并依据所需的衰减量设计适当的元件值。
根据现有条件,通过对测试结果和标准要求的综合分析可得滤波器抑制共模和差模干扰需要达到衰减量。共模和差模插入损耗与频率对应关系如表1所示。
2 程序设计及仿真
所有算法采用Matlab语言编程实现。从程序功能分为滤波器设计和滤波器分析两大模块。
2.1 共模电感和差模电感的计算
共模电感和差模电感的计算频点是根据开关电源的工作频率来取值的,分别是工作频率、谐波频率及几个高频点。
2.2 仿真结果分析
测试工作是对EMI电源滤波器性能做出评价的重要依据,一般在电磁中进行。电磁屏蔽室[8]是能够提供防止电磁干扰、净化电磁环境试验场所插入损耗常用的设备,一般是频谱分析仪、人工电源网络等,该实验使用的分析仪型号为HP3585ASPECTRUMAN ALYZER 20 Hz~40 MHz。表2所示为滤波器实际测得的共模和差模插入损耗。
2.3 结论
通过一个直流EMI电源滤波器的设计实例,阐述滤波器的整个设计流程。设计过程主要包括:首先明确EMC规范要求[9],选择滤波电路结构,并使用网络理论进行分析,同时在分析干扰信号的基础上给出滤波器的共模和差模插入损耗设计指标[10]。在此使用Matlab软件建立滤波器仿真模型,通过编程计算出部分滤波元件的参数,并分别对滤波器的理想及高频电路模型进行仿真分析,讨论元件参数、高频分布参数及源、负载阻抗对滤波器频率特性的影响。最后通过实验验证滤波器设计方法和仿真模型的正确性。在此使用的滤波器设计方法同样适用于多级滤波器、交流单相滤波器及交流三相滤波器。
3 结 语
总之,本设计是建立在网络理论上的EMI电源滤波器设计技术,能严格保证滤波器网络的稳定性和网络传输特性,使其弥补以前经验设计的不足。同时结合实际工程技术,使设计方案更加实用,缩短滤波器的开发周期,并节省研发成本。该设计方法使该设备具有抑制电气电子设备的传导干扰,提高电气电子设备传导敏感度水平,保证电气电子设备整体或局部屏蔽效能等优点,同时具有结构简单,性能可靠,操作方便,有较好的实用价值。
参考文献
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[9]钱照明,袁义生.开关电源EMC设计研究现状及发展(上).电子产品世界,2003(7):51-53.
[10]钱照明,袁义生.开关电源EMC设计研究现状及发展(下).电子产品世界,2003(8):69-71.
电源滤波器范文第4篇
Abstract： With the development of power electronic technology， higher requirements have been put forward for the design of LED switching power supply： safety performance， complete function， automation， small size. In LED switching power supply， the switch tube is working in on-off state， which will produce strong peaks and harmonic interference through its components. Electromagnetic interference will seriously affect the performance of the circuit， and at the same time can cause noise pollution. Aiming at this problem， EMI filter is proposed， which has greatly improved the performance of the circuit. And the effectiveness of the scheme is verified by experiment.
关键词：EMI滤波器；电磁干扰；LED的开关电源
Key words： EMI filter；electromagnetic interference；LED switching power supply
中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）18-0133-02
0 引言
LED的开关电源已经被广泛的应用于家用电器、自动控制电路、计算机等领域，由于其具有效率高、体积小、重量轻、智能化、稳压范围较宽等优势。LED的开关电源具有与生俱来的比较强的电磁干扰现象，这些干扰会随着频率的升高而显著的增强，电磁干扰会严重影响电源的正常工作，会造成电源内部工作的不稳定，使电源性能下降，同时产生的噪声会造成噪声污染。为了抑制LED电源的噪声干扰，此处提出了电磁兼容性设计，很好的解决了噪声污染的问题。
1 电磁干扰分析
电磁兼容性是用来衡量电磁干扰的能力，指的是在电磁环境中，能正常工作，不受外界环境的干扰，也不会影响中卫环境的能力。其包括两个方面的含义，即系统产生的电磁干扰，不影响本身和其他系统的性能；本系统的抗干扰能力要使其不受其他系统干扰和影响。电磁兼容性不足就会引起电磁干扰，为了使LED电源发挥更大的优势，就必须改善电源的电磁兼容的性能。差模、共模干扰是电磁干扰的两种不同类型。两条电源线之间的电磁干扰，通常被称之为差模干扰，差模干扰受干扰的信号两根进线上的参考点方向相反，大小相同。电源线对大地之间的电磁干扰，通常被称之为共模干扰，共模干扰受干扰的信号电源线对大地的参考点方向相同，大小也相同。高频开关电源中电磁干扰主要是由于外部的高次谐波和内部的噪声干扰所引起的。只有解决好这两方面的电磁干扰，才能使得开关电源正常的工作。文章当中采用EMI滤波器来解决此问题。
6 结语
对LED开关电源中电磁干扰进行了分析，介绍了EMI滤波器的原理，在此基础上，给出了电磁兼容的设计和相应的实验结果。证明了EMI滤波器对于设计LED开关电源的重要性，很好的解决了噪声污染的问题。
参考文献：
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电源滤波器范文第5篇
[关键词]磁芯材料； 电感组合设计； 屏蔽/滤波一体化结构
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0012-01
1. 背景
近年来，作为电子装备机动型载体的屏蔽方舱，广泛的应用于航空、航天、舰船以及地面的电子系统。这些系统的电磁环境频带非常宽，场强也很大。为保证屏蔽方舱在这样复杂的电磁环境中达到所规定的屏蔽效能，消除由电源线引入的电磁干扰，则必须研制插入损耗与屏蔽方舱屏蔽效能指标相当的电源滤波器。目前，国内滤波器生产厂家通常通过在滤波电路中加穿心电容来实现滤波器高频干扰的抑制，由于国内穿心电容生产水平比较落后，不能设计出高耐压、较大电流的穿心电容。在耐电压试验时不能满足《GJB 6109-2007 军用方舱通用规范》中安全性的要求，尤其是装有滤波器的交流回路。因此，通过其它设计方法来实现滤波器整个频段内高插入损耗的要求，同时满足国军标《GJB 6109-2007 军用方舱通用规范》中安全性的要求是非常必要的。
2. EMI滤波器及插入损耗定义
本文研究的EMI滤波器是无源网络，是防止外界的干扰噪声通过电源线或信号线传导干扰电子设备的有效工具；由于滤波器内部电路的对称性，所以同时也能有效防止电子设备内部产生的干扰噪声通过线上传导污染外界环境。
EMI滤波器对干扰噪声的抑制能力用插入损耗IL（Insertion Loss）来衡量。插入损耗定义为：没有滤波器接入时，从噪声源传输到负载的功率P1和接入滤波器后，从噪声源传输到负载的功率P2之比，用dB（分贝）表示。
插入损耗表示为：
根据功率与负载电压（电流）及负载阻抗的关系变换，常用负载端电压（电流）的比值来表示，即：
3. 滤波器电感的选用
设计EMI滤波器的电感常用的磁芯有两类，一类是铁粉芯，另一类是铁氧体芯。铁粉芯的磁导率较低，因此用它作为磁芯绕制的电感电感量较小。但是铁粉芯的最大优点是不容易饱和，一般作为差模电感的磁芯使用。
铁氧体磁芯分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两种，锰锌铁氧体的磁导率较高，导电性较好，适合于低频的场合，镍锌铁氧体的磁导率较低，电阻较大，适合与频率较高的场合。铁氧体一般作为共模电感的磁芯。
电感的阻抗由两部分组成，一部分是电阻成份，另一部分是感抗部分，即：Z= R + jWL，电阻成份来自于绕制电感的导线的电阻和磁芯的损耗。作为电磁干扰抑制用的电感，电阻是将干扰能量转变为热能消耗掉，而感抗是将干扰能量反射回源。专门用于干扰抑制的铁氧体与普通的铁氧体有所不同，干扰抑制铁氧体具有很大的损耗，电感的阻抗虽然在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率范围内，其性质是完全不同的。低频段：磁芯的磁导率较高，电感的电感量大，电感的电阻成份较小，阻抗以感抗为主，这是一个低损耗、高Q特性的电感。高频段：随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小。但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成份增加，阻抗变成以电阻成份为主。因此当高频信号通过铁氧体时，电磁能量以热的形式耗散掉。
从上面的分析可知，用干扰抑制铁氧体做磁芯制作的电感在不同频率下的等效电路是不同的，低频时是一个电感，高频时是一个电阻。
4. 常用的低频共模电感磁芯
常用的低频共模电感磁芯有锰锌铁氧体和纳米晶磁芯两种。10kHz左右的干扰信号，最好选用纳米晶磁芯材料。当在频段100kHz～1MHz附近，铁氧体材料在这个频段对干扰信号的吸收较好，所以设计共模电感时选用的电感材料一定要根据电路要求的抑制频段范围来选择电感材料，这是非常重要的。同时并不是电感量越高越好，而应考虑它的电参数，更不能用增加线圈匝数来增加电感。因为这样会增加高频寄生电容。
5. 基于不同磁芯材料宽频带EMI方舱电源滤波器设计思路
通过对不同磁芯材料的磁饱和特性、温度特性、宽频带磁特性、分布参数等参数进行研究，确定滤波器最佳电感组合设计方案；低频段采用集总参数的LC滤波器（采用切比雪夫低通滤波电路）；高频段采用分布参数滤波器（采用同轴高低阻抗滤波电路）；采用屏蔽/滤波一体化结构及屏蔽隔腔式结构，通过理论仿真，确定屏蔽结构的隔离效能，优化屏蔽设计；依据定量设计结果，合理布置滤波器内各器件的顺序、组合、位置、取向，严格控制器件装配所引起的分布参数，通过屏蔽隔舱结构有效避免各器件间的耦合、输入/输出端口的耦合。
方舱EMI电源滤波器包括低频反射型LC滤波电路和同轴式分布参数电路构成的吸收式滤波电路，低频反射型LC滤波电路和同轴式分布参数电路构成的吸收式滤波电路串联连接形成L-L/通道和N-N/通道。低频反射型LC滤波电路由一个共模电感Lc1和两个共模电感Lc2以及共模电容Cy1构成，共模电感L1是由锰锌磁性材料绕制的单层电感，共模电感Lc2由非晶磁芯材料绕制的大电感对于低频有很好的抑制作用；同轴式分布参数电路构成的吸收式滤波电路由镍锌材料穿心绕制而成；结构上利用屏蔽隔舱及舱壁连接波导管形成屏蔽反射腔体；共模电容Cy1、Cy2与L1和L2组成L型滤波电路及T型滤波电路。
6. 实际模型滤波器参数
按照上面所述滤波器设计思路设计滤波器模型参数如下：
共模电感LC1： 锰锌磁芯绕制电感量750μH；
共模电感LC2： 非晶磁芯绕制电感量72mH；
共模电感LC3： 镍锌磁环穿心绕制；
共模电容CY1： 2.2nF；
共模电容CY2： 1.0nF。
对滤波器模型进行插入损耗测试，测试结果如表1。
7. 结束语
基于不同磁芯材料宽频带EMI方舱电源滤波器设计方法设计的滤波器漏电流小、耐压等级高，且可满足《GJB 6109-2007 军用方舱通用规范》中对于基型舱的屏效要求，并可推广用于其它电子设施对屏蔽效能高的场合。
参考文献
[1] GJB 6109-2007 军用方舱通用规范.
[2] 2009103128754用于机动式载体的超宽带电源滤波器及其设计方法 邱扬 任琦 张勃.
[3] 浙江天通电子股份有限公司 锰锌材料手册.
[4] 北京首冶磁芯材料科技有限公司 EMC共模电感用纳米晶磁芯材料介绍.
电源滤波器范文第6篇
【关键词】开关电源EMI滤波器 原理 设计
中图分类号： TM643 文献标识码： A 文章编号：
开关电源的特点是频率高、效率高、功率密度高和可靠性高。然而由于其开关器件工作在高频通断状态，使得电磁干扰非常严重。防电磁干扰主要有三项措施，即屏蔽、滤波和接地。往往单纯采用屏蔽不能提供完整的电磁干扰防护，唯一的措施就是增加滤波器，来切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完美的电磁干扰防护。
开关电源EMI滤波器的原理
1、开关电源的电磁干扰源
(1)开关管产生干扰。开关管导通时由于开通时间很短及回路中存在引线电感，将产生较大的du／dt和较高的尖峰电压。开关管关断时间很短，也将产生较大的di／dt和较高的尖峰电流，其频带较宽而且谐波丰富，通过开关管的输入输出线传播出去形成传导干扰；
(2)整流二极管反向恢复电流引起的噪声干扰
由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，二极管导通角变小，输入电流成为一个时间很短，而峰值很高的尖峰电流，含有丰富的谐波分量，对其他器件产生干扰。二级滤波二极管由导通到关断时存在一个反向恢复时间。因而，在反向恢复过程中由于二极管封装电感及引线电感的存在，将产生一个反向电压尖峰， 同时产生反向恢复尖峰电流，形成干扰源；
高频变压器引起EMI问题
隔离变压器初、次级之间存在寄生电容，这样高频干扰信号很容易通过寄生电容耦合到次级电路，同时由于绕制工艺问题在初、次级出现漏感将产生电磁辐射干扰。另外，功率变压器电感线圈中流过脉冲电流而产生电磁辐射，而且在负载切换时会形成电压尖峰；
2、干扰信号频段分析
当开关电源的谐波电平在高频段(频率范围30MHz以上)时，表现为辐射干扰，而当开关电源的谐波电平在低频段(频率范围0.15 MHz～30 MHz)表现为传导干扰。传导干扰电流按照其流动路径可以分为两类：一类是差模干扰电流，另一类是共模干扰电流。开关电源的差模干扰和共模干扰分布在不同的频段，在截止频率范围内大致可分成3个频段，在0．5MHz以下，主要是以抑制差模干扰为主；在O．5 MHz一1 MHz(或0．1MHz一1 MHz)范围内，差模和共模干扰共存；在1MHz—30 MHz范围内主要是以抑制共模干扰为主。
二、设计开关电源EMI滤波器的实际方法
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50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，如下图(a)所示，其全桥整流电路电流为断续状态，电流电压波形如下图所示。对于共模噪声，下图(b)所示可以看作一个电流源和一个高阻抗并联；下图(c)中对于差模噪声，取决于整流桥二极管通断情况，有两种状态：当其中任意两只二极管导通时，等效为一个电压源与一个低值阻抗串连；当二极管全部截止时，等效为一个电流源和一个高阻抗并联。因而噪声源差模等效阻抗以2倍工频频率在上述两种状态切换 。
EMI滤波器设计
（1）电容、电感选取原则
一般的EMI滤波器中有两组电容，即跨接在电源线之间起差模抑制作用的X电容和接在电源线和地之间起共模抑制作用的Y电容。对于X电容其额定电压应和电网电压相当，其容量可以选的大些，典型值为零点几微法到1。对于Y电容取值允许的情况下越大越好，但Y电容会导致人员电击，所以对其最大漏电电流有限制，的大小由产品规定。
另外，为了获得较好的高频特性，降低高频等效串联电阻和等效串联电感，X和Y电容通常都是通过几个较小的电容并联来满足其容量要求。对于滤波器中的共模或差模扼流圈一般情况下要自己动手设计。磁芯材料一般是铁氧体。电感量的估算要考虑阻抗和频率。共模扼流圈典型取值为1．5 mH～20mH，差模扼流圈典型取值为10H～50H。
（2）设计EMI滤波器的步骤
要使EMI滤波器有良好的工作特性，元件在选材时有很多需要注意的地方。差模滤波电容(C)通常选取金属膜电容，金属膜电容具有较大的电容值，自谐振频率在1 MHz～2 MHz之间，对于较低频率的差模干扰信号有非常好的抑制效果，设计时通常选取值为0.1uF一1uF。共模滤波电容()选用瓷片电容，具有高达10 MHz以上的自谐振频率，所以对较高频率的共模干扰信号有较好的抑制效果，设计时通常选取值为1000 pF～6800 pF。共模电容因为要进行接地，则共模滤波电容的最大容量可用下式计算：
出于安全考虑，漏电流要尽量小，通常应小于5 mA。
为了取得良好的滤波效果，电感的取值和材料的选取原则从以下几个方面考虑：第一，磁芯材料的频率范围要宽，要保证最高频率在1 GHz，即在很宽的频率范围内有比较稳定的磁导率；第二，磁导率高，但是在实际中很难满足这一要求，所以，磁导率往往是分段考虑的。共模扼流圈磁心尽量选用起始磁导率高、高频性能好的磁心，这样对共模噪声有很好的抑制效果。绕制共模扼流圈的时候尽量让导线均匀包裹住磁心，以减少漏感，这样绕制出的电感线圈与设计值更为接近。
EMI滤波器抗共模部分的截止频率的计算式：
EMI滤波器抗差模部分的截止频率的计算式：
在实际的计算过程中，如同计算共模滤波器的步骤一样，首先确定需要的 以及厂的大小，再带人由式(4)推导出来的式(5)中，计算出的值。再由式(6)计算出的大小。一般情况下共模扼流圈的漏感取值为自身电感量的0．5％ ～2％。
经过上面的步骤以后，就可以得到针对不同频率开关电源的EMI滤波器中所有元件的参数。
开关电源EMI滤波器的设计电路
①开关电源共模干扰等效电路
下图所示，开关管 由导通变为截止状态时．其集电极电压会马上变为一个高电压．这个襄变电压会引起下图中Icm2向 集电极到地之间的分布电容充电。这个突变电压还生成电流Icm1向高频变压器初、次级问的分布电容充电 形成共模电流(Icm1+Icm2)。 其充电频率就是开关电源的工作频率(即脉冲重复频率)。其中，与开关管的结构有关．而的数值视高频变压器的具体结构和工艺而定 因此可知．共模干扰电流的流动方向有两条：一条沿着电源正极到地；另一条沿着电源负极到地。LISN表示测试等效电路时连接线路阻抗稳定网络。
②开关电源差模干扰等效电路
下图所示．当导通时，差模电流和电源电流都沿着导线、变压器初级及开关管回到电流负极上。当截止时，视为开路。这时数量很小并且也对差模电流是高阻抗的。因此，差模电流是沿着电源正极到负极方向流动的。
总结
提出的EMI滤波器，完全滤除了开关电源输出端的尖峰干扰，其对开关电源传导性共模、差模噪声干扰体现了较强的抑制作用。
参考文献
[1] 付明民，袁登科，张逸成，龚增，王晖。 用于开关电源的EMI滤波器设计[J]. 电气自动化. 2009(04)
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[3] 张逸成，苏丹，朱学军，姚勇涛。 抑制开关电源高频噪声的电磁干扰滤波器设计方法[J]. 城市轨道交通研究. 2007(09)
[4] 杨志辉，韩泽耀。 应用于开关电源的有源共模EMI滤波器[J]. 安全与电磁兼容. 2006(04)
[5] 曹丽萍，张勋，陈晨，刘韬。 开关电源输入EMI滤波器设计与仿真[J]. 电子科技. 2010(04)
电源滤波器范文第7篇
以上两台测试车都是由外接的单相三芯橡胶电缆（带漏电保护和保护接地）接入220v交流电源接口、并通过30A交流漏电保护器、EMC电源滤波器、波导管接入测试车屏蔽仓内再分两路、一路到电源插座供车内电子测试设备、另外一路供车内照明使用。
我们在两台电磁兼容屏蔽测试车的使用中发现了一个共同的故障、就是当使用外接220v交流电源时、有时在电源接入后漏电保护开关送不上去、一送上去开关就跳闸，同时漏电保护器也动作，我们在把漏电保护器重新复位后再重合空气开关，有时能够合上、有时就是多次重合闸也无法合上。就是在正常使用外接220v交流电源工作时、也会发生空气开关无规律的跳闸、同时漏电保护器也动作，重新复位后再重合空气开关，有时能够合上有时就是多次也无法合上的现象。
以上的故障有很强的随机性、故障现象无规律且时好时坏、难以捕捉，针对故障情况进行检查判断。通过对输入220V交流电源进线的火线和零线进行交换，以及对有、无保护接地线情况下的漏电保护器是否动作进行测试，但均未发现好转，以上发现的故障现象依旧，没有任何改变。
经检查车内电路及设备无短路及漏电情况，所有线路及设备绝缘良好工作正常。检查220V交流电源、发现电源滤波器的前面有两极串联的漏电保护开关。220V交流电经过两级漏电保护后到EMC电源滤波器，经过分析发现、滤波器是两级复合式EMC滤波器，它能够使线路中除工频以外的其他频率信号受到较大的抑制。当线路中串扰差模信号时漏电保护器工作正常，一旦串扰进共模信号漏电保护器立刻动作保护。下面，我们具体的分析漏电保护开关和电源EMC滤波器的工作原理，再结合起来就知道漏电保护器为什么会无规律的保护跳闸。
随着生活水平的提高,大量的电器进入家庭,人们与电接触的机会越来越多,用电设备发生故障导致人员触电伤亡的事件也经常发生.为了人身与设备安全,漏电断路器作为一项有效的电气安全技术装置已经被广泛使用,并起到了良好的人生安全保护作用。当人体接触50Hz的交流电、触电电流在30mA及以下时,可以承受几分钟的时间.这就界定了人体触电的安全电流,为设计和选用漏电保护装置提供了科学依据.因此,在移动电器、潮湿场所的电器所在的电源支路设置漏电断路器,是防止间接接触触电的有效措施.其漏电动作电流为30mA,动作时间为0.1s. 而我们所使用的电磁兼容屏蔽车是一个移动的电子设备工作站，为了保证工作人员及设备的安全就必须安装漏电保护开关。
漏电保护开关作用及工作原理：
（1）漏电保护开关的作用：主要用于当发生人身触电或漏电时，能迅速切断电源，保障人身安全，防止触电事故。
（2）单相漏电保护器的工作原理：当漏电保护器正常工作时，火线零线通过零序电流互感器后再接入开关，经漏电保护器的开关接入电器，电路的电流矢量之和等于零，故其二次绕组中无感应电动势产生，漏电保护器工作于闭合状态。当被保护的电路出现触电事故或漏电故障时，负载侧有对地泄载电流，即零序电流互感器的矢量和不为零，而等于某一泄漏电流值Is。Is会通过人体、大地、变压器中性点形成回路，当Is达到一定值，大于漏电保护器的动作电流时、零序电流互感器二次绕组中便产生互感电压，该信号经过运算控制器运算后，当达到整定动作值时，驱动晶闸管，接通电磁脱扣器电源，电磁脱扣器吸合，使断路器跳闸，分断主电路，从而达到漏电保护的作用。
电源EMC滤波器的作用及工作原理：
两级复合式EMI滤波电路
（1）滤波器的作用：滤波器是由电感和电容组成的滤波电路所构成，电源EMC滤波器它是只允许50HZ的工频信号电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。
（2）滤波器的工作原理：由于在电网中存在着许多使用中的家用电器和工业设备，它们在正常的工作中会产生很多高频的杂波干扰，这些干扰信号通过线路串扰和空间辐射使我们的工频电网受到了严重的污染，影响我们电子设备的正常工作，严重时会损坏电子设备。这些干扰信号有两种方式在电路中传输，即共模干扰和差模干扰。因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。差模干扰电流是大小相等、方向相反的信号电流，它们是在火线和零线之间流动的干扰电流，是在火线和零线之间形成的回路。共模干扰电流是在火线、零线与大地(或其它参考物体)之间流动的干扰电流。（图二滤波器中经C2、C3到外壳的电流）它是大小相等、方向相同的信号电流，相当于把火线和零线并联成一根线、对地的电势，它在寻找途径通过大地形成回路。由于这两种干扰的抑制方式不同，因此必须正确辨认干扰的类型、实施正确的滤波方法。
（3）当交流220v电路中串扰进差模信号时，差模信号通过漏电保护器进入EMC电源滤波器、因该信号主要是高频成分、在电源滤波器内受电感L1（电感线圈在高频时阻抗大）的阻抗特性的阻滞，迫使其绝大部分差模信号通过电容C1（电容在高频时阻抗小）形成回路，从而基本上保证了后面的设备不受影响。当差模信号中的一小部份信号经过L1后又受到L2的阻滞，又迫使其通过C2或C3、C4返回。如果侥幸还有差模信号通过L2，那么C5也就起到了最后的滤波、旁路的作用。。通过以上的多次过滤，在滤波器的输出端我们能够得到一个安全、洁净、优良的工频电源。上面差模信号的所有回路均由滤波器的输入端火线、零线形成回路，在漏电保护器的零序电流互感器中、电流是平衡的它们矢量之和等于零。所以、漏电保护器工作正常。
当交流220v电路中串扰进共模信号时，因共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。虽然共模信号也是高频成分、但是、他的电势是对地的，它在线路中串扰的是大小幅度相等、相位相同的信号。滤波器输入端的火线、零线可以看成等电位并联输入。所以、电容C1，C2，C3、C4，C5这四条通道均无法构成回路，此共模信号进入滤波器后绝大部分信号被电感L1的高频阻抗阻止，小部份经过L1的信号又分别经C3到保护接地、和C4到保护接地形成回路。以上我们看到通过C3到保护接地和C4到保护接地的两个共模信号电流它们是没有通过电源线形成回路的，经过滤波器的电流已经失去平衡。当这个信号电流大于漏电保护器的动作电流（10～30mA）时，零序电流互感器的矢量和不为零，漏电保护器会判断电路中存在触电事故或漏电故障，使漏电保护开关跳闸。
改进措施：（1）.拆除三芯橡胶电缆中的漏电保护器。换上一台32A空气开关；（2）.更改车上漏电保护开关和滤波器的接线方式：将先通过漏电保护开关再到电源滤波器的接线方式、改成先通过电源滤波器再到漏电保护开关。使电路中的共模信号能够在经过漏电保护开关之前就被安全滤除，漏电保护开关内的零序电流互感器就检测不到共模信号所产生的感应电动势，从而达到解除漏电保护开关误动作的目的。使车内屏蔽室得到一个无干扰、宁静、安全、正常的工作电源。
经过以上更改、我们的两台电磁兼容测试车在使用交流220V电源时再也没有发生过漏电保护开关误动作的故障了。
电源滤波器范文第8篇
关键词： 电磁干扰（EMI），共模（CM）、差模（DM）噪声，电源供应器
一、介绍
在过去的几十年里，大大增加了对电源的需求，已经迫使电力工程师建立可靠的网络，以向消费者提供“质量”的电源。多年来进行了大量的研究，给消费者提供优质的电源供应。伴随着电气工业大步迈进小型化，这项研究得到了巨大的推动作用。
电力电子器件是非常通用的设备能够提供高达10kW的功率。此外，这些器件能够在几百kHz的频率范围内工作，并在同一时间存在的设备，这使得这些设备很容易地控制的栅极端子的控制。一般来说EMI问题产生由于突然的电压变化（dv / dt的）或电流（di / dt的）的水平在一个波形。在二极管整流器，线电流可以是脉冲的持续时间短的二极管的恢复电流脉冲产生的瞬态电压尖峰中的线路电感。
导体的dv / dt波就像一个天线和敏感的信号电路出现噪音。 EMI问题建立通信线路的干扰与敏感信号电子电路。
在本文中提出了EMI滤波器设计建议。
二、EMI问题
家用电气和电子系统的广泛使用，工业，通信和其他应用程序，使得它所需的电路操作上接近对方。这些电路通常不利影响附近的其他电路的性能通过无意其信号耦合通过近及远的区域，传播电磁领域。
因此，这种干扰被称为电磁干扰（EMI），是设计师的一个主要问题。此外，减少了集成电路的使用电子设备的大小和多个电路在更小的空间，从而加大了干扰的可能。
设备设计者需要确保他们的设备将工作在现实世界中与其他设备附近。这意味着设备性能不应受外部噪声来源和设备不应该本身是一个来源的噪音。避免电磁干扰是一个主要设计目标。这就引出了电磁兼容的概念。电磁兼容性（EMC）的能力是电子设备在预期的电磁干扰环境中能够正常运转，同样重要的是，不能过度干扰在同一环境下工作的其他设备。
过去20年中已经看到了虚拟电操作的设备，如电脑，电视机，录像机，通信设备，如传真机，调制解调器和高速数字数据传输的无线电链路使用爆炸。这样的增长，是非常严重的电磁频谱的压力，可用的频段现在非常拥挤，进一步增加了EMI导致故障的可能性。如果N是设备的数量，可能会互相干扰，干扰事件的数目将上升为NN！
三、EMI的干扰形式
电磁干扰有些是天然的，如宇宙辐射，太阳活动或大气照明放电。其他的，无论是有意还是无意，或是由高压电源线或无线电发射器，可能会干扰其他系统。
作为无意的干扰，是电力线路上的电气设备，或一个无线电发射机的谐波，可能会干扰信号的频带。很明显，天然的或故意的EMI干扰，必须考虑在电磁兼容性之中，设备必须被设计为在这样的干扰的存在下正常运行。
这就要求，对典型的无意的电磁干扰源进行研究。关于这个问题，主要的工作已经完成。含有无意电磁干扰（EMI）从设备必须明确的责任在于该设备的设计者。对于这一点，他们需要衡量多少EMI是可以容忍的标准。
A.传导电磁干扰
传导电磁干扰是指通过导线直接传导到受干扰设备的噪声干扰，相互连接的设备通过电源线、电话线（包括传真或调制解调器）、或网线，是巨大的潜在EMI问题。
实际的EMI问题不能这么容易地追踪到完全是由于辐射或传导机制，往往是这些噪声机制同时存在或相互转化。
B.外部电磁干扰
作为一个例子，在接近电视机的地方开关荧光灯，当管灯被打开“ON”时，可以看到白线或斑点瞬间叠加在电视画面。这些都是开关接触反弹（或起动器管光）造成的EMI引起电视机的天线辐射的宽带噪声。
此外，在同一台设备既可以是源极，也可以是受体。上个例子中电视是一个受体，但是如果放一个收音机在电视跟前，受影响的就是收音机了。这是因为，最现代化的电视机包含开关模式电源，这些电源辐射大量噪声干扰周围的收音机。
C.内部EMI
同样的，系统内部的的EMI也是相当重要的，必须重视系统内的模块到模块的干扰，因为不这样做可能会导致系统无法执行其预定的功能。
四、噪声类型
开关电源电磁干扰由于不同类型的噪音的发生。其中有些是共模噪声，差模噪声，非内在差模噪声等，这些噪声频谱分析仪可以识别的，他们可以由噪声分离器分离。在本文中，被认为是共模噪声和差模噪声。
A.共模（CM）噪声
共模噪声又称为非对称噪声或线路对地的噪声，在使用交流电源的电气设备的输入端（输电线和中线）都存在这种噪声，两者对地的相位保持同相。
B.差模（DM）噪声
差模噪声又称为正常型、对称噪声或线路间噪声，它存在于交流线路和中性导线中，二者相位差为180°。差模噪声的电流沿着一条交流线流出，并沿着另一条交流线返回。在地线中不存在差模噪声电流。
五、EMI滤波器的设计
EMI滤波器的分析设计是非常困难的。提出了一个实用的方法。该方法是基于以下三个条件：
1.必须提供基线（即不带过滤器）的EMI的共模和差模噪声。
2.如果过滤器的元件架构安排和型号是适当的，源阻抗几乎没有影响。那么，分析设计可以在不知道确切的源阻抗值的情况下进行。
3.设计过程中的重点是为了满足低频规范。
建议EMI滤波器的设计过程
第1步：测量基线EMI辐射总噪声，共模噪声和DM噪声。对于CM和DM噪音的测量，噪声分离是必要的。
第2步：确定衰减要求。所需的衰减是基线噪声和EMI规格之间的差差值，再加上一些修正系数。
第3步：选择滤波器的拓扑结构。这一步还包括确定滤波器的阶数。由于CM和DM噪声源阻抗的性质，我们不会有很多的拓扑结构可以选择。
第4步：确定噪声的转折频率。
第5步：最后的步骤是使用设计好的滤波器再次测量噪声。
六、结论
在本文中，研究了开关电源的电磁干扰（EMI）问题。在这里，被认为是共模噪声和差模噪声。提出了一种新的步骤EMI滤波器，以减轻EMI噪声。该过滤器有噪声，只有CM和DM噪声被认为是缺点。也可以考虑不同的其他噪声，如工业，NIDM，混合模传导EMI噪声等。■
参考文献
[1] David A. Williams “A Tutorial on EMI Charaterization of Switching Regulators”， Proceedings of IEEE APEC Conference （APEC’ 96）， pp. 333-339， （1996）.
电源滤波器范文第9篇
关键词:电源电磁干扰直流电源电磁干扰滤波器
1引言
电磁干扰信号对发射机安全稳定运行会造成较大的威胁,为了最大限度地抑制电磁干扰信号,滤波、屏蔽、接地是其中最有效的三个办法。美国Harris公司成功地将电磁干扰滤波器应用于DX型发射机的电源通路中,比如,DX-200发射机中用于对二进制+125V电源进行电磁干扰滤波的直流电磁干扰滤波器;DX-600发射机合成器中用于对+220V电源进行电磁干扰滤波的交流电磁干扰滤波器等。
2故障现象及故障原因
2006年,我们参与了国家广电总局641台DX-600全固态中波水冷发射机的装调机工作。在调机过程中,高功率试机时听到一声来自PB3单元(DX-600中的一个PB200功放单元)整流机柜内交流接触器的吸合、断开声音, PB3掉功率,发射机切换为N-1工作(PB3被甩掉),查看PB3单元电源显示板指示“电源电流故障”。经过仔细排查,发现来自3Φ205VAC电流变换器的电流取样输出线与+125V电源(给二进制功放模块供电)的电磁干扰滤波器输入线和输出线紧紧地缠绕并用扎带捆扎在一起,将其分开(如图1)。高功率开机,PB3单元运行正常,发射机运行正常。
3故障分析
3.110KVAC/205KVAC主变压器次级的中线+125V电源工作原理(如图2)
10KVAC/205KVAC变压器采用“Y”连接方式,次级3Φ205VAC经三相全波整流电路,再经过滤波电路得到+250VDC电源,该电源给功放级射频放大器供电;次级的中线+125V电源经半波整流后,得到+125VDC电源,由于变压器次级3Φ205VAC电源线上的电流非常大,并且电源波形不是理想的正弦波,而是有高次谐波分量存在,这样与3Φ205VAC电源并行的+125V电源线上就会有比较强的电磁干扰存在,为了消除电磁干扰信号对二进制模块产生的电源电磁干扰,Harris公司给+125VDC电源加装了电磁干扰滤波器FL3,再经过滤波阻流圈L1及滤波电容后得到比较理想的+125VDC电源,该电源给二进制射频放大器供电。
3.23Φ205VAC电流变换器的电流取样工作原理(如图3)
变压器次级3Φ205VAC电源经三相1200:5的电流变换器,再经过三相全波整流堆CR1后,将得到的信号送到电源控制板,用于实现对3Φ205VAC电源电流地实时监测。(参看图4)该取样信号送至电源控制板的J1-4与J1-6(在高功率状态下J1-4的数值为4.48VDC,J1-6的数值为4.11VDC),经缓冲放大器U1放大后,一路由U12-1设置的门限电平进行比较,用于检测峰值过电流故障;另一路经过低通滤波电路,由U12-2上的同一组门限电平进行比较,用于检测平均值过电流故障。这两个过电流故障经过或门连在一起,产生电源电流故障(I-FLT)信号。
3.3 故障过程分析
从变压器次级3Φ205VAC电源的中心抽头得到+125V电源,该线路比较长,并且和3Φ205VAC电源线并行送至整流机柜,因为3Φ205VAC电源线上有高次谐波存在,导致+125V电源线上有较强的电磁干扰存在。所以要在+125V电源线送至整流机柜之前加装直流电磁干扰滤波器。但是在实际的线路中,该直流电磁干扰滤波器输入线与输出线用扎带捆扎在一起,使输入线和输出线发生空间耦合,将滤波器旁路掉。由于直流电磁干扰滤波器输入线、输出线和3Φ205VAC电流变换器的电流取样输出线都是用扎带捆扎在一起的,+125V电源线上的电源电磁干扰信号直接进入3Φ205VAC电流变换器的电流取样信号中,引起送到电源控制板J1-4与J1-6的电平发生改变,经过缓冲放大器电路、低通滤波器电路、峰值及平均值电流检测电路后产生一个电源电流故障-低电平信号。这个电源电流故障-低电平信号一路送到电源显示板的J1-13,用于故障的指示;另一路最终送到控制板,产生一个发射机关机信号。
从图3可以看出3Φ205VAC电流变换器的电流取样输出线已经有一根屏蔽线,且与发射机机壳接触良好,为什么还会被电源电磁干扰信号所干扰呢?没有错,使用屏蔽线能够有效地减小传输线的电磁干扰辐射和接收电磁干扰的能力,但是屏蔽线的屏蔽效能对屏蔽层的端接方式依赖很大,并且屏蔽线的屏蔽层由于是金属编织网构成的,在高频时屏蔽效能较差,致使+125V电源线上的电源电磁干扰信号干扰了3Φ205VAC电流变换器的电流取样信号。
4直流电磁干扰滤波器简单介绍
直流电磁干扰滤波器是用在直流电源线上的低通滤波器,其作用是滤除传输导线上所不需要的高频干扰成份。加装直流电磁干扰滤波器是一种解决电源电磁干扰辐射和接收有效的方法,未使用滤波器时脉冲信号的频谱,从图5可以看出,脉冲信号的高频成份很丰富,使用了滤波器以后,脉冲信号频谱发生了很大地变化。从图6可以看出,脉冲信号的高频成份大大减少了。
直流电源电磁干扰滤波器对电磁干扰的抑制作用不仅取决于滤波器本身的设计和它的实际工作条件,而且在很大程度上还取决于滤波器的安装情况。
(1)滤波器引线与安装位置问题。考虑到电源线除了沿电源线的传导时会传输电磁干扰外,还会在传输过程中将电磁干扰辐射出去,对附近的敏感电路或元器件造成辐射耦合。因此必须考虑滤波器的输入线和输出线之间不存在耦合,否则会导致滤波器的性能下降。因此,滤波器的输入线最好不直接引入设备内部,而是经过滤波之后才进入设备内部,利用设备机壳的自然屏蔽作用,把电源产生的辐射场排除在设备外部。
(2)滤波器输入线不要过长,滤波器的引脚或引线均要尽可能的短,同时滤波器输入线和输出线不要靠得太近,避免滤波器性能下降。
(3)滤波器接地要可靠,并且不能单根线接地,要与金属机壳大面积接触。
5 结语
以上是我们在DX-600全固态中波水冷发射机的装调机工作中所遇到的一例故障,相比其它类型的故障,该故障非常隐蔽,查找起来比较困难。因此在实际的工作中,应该熟悉元器件的特性,了解安装时及使用中所应该注意的事项等,同时对发射机中可能存在的高频干扰信号要引起足够的重视,避免上述类似故障的发生,确保发射机安全稳定的运行。愿本文能对同行有所帮助。
电源滤波器范文第10篇
关键词：电源系统；稳定性标准；阻抗匹配；开关电源
中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）06-0-03
0 引 言
随着数字技术的发展，航空电子领域机载计算机已得到广泛应用，为航空器带来便利。机载计算机通常使用开关电源模块产品为CPU、接口、总线等负载模块供电，并使用EMI电源滤波器降低电磁干扰，但在机载计算机设计中，开关电源模块及组成系统的稳定性问题经常被忽视，稳定性严重影响机载计算机系统的性能和安全。
在机载计算机中，开关电源模块往往可以单独通过稳定性评估及试验验证，例如小信号稳定要求、所用元器件的离散性、高低环境下电特性等方法进行分析。而机载计算机在使用电源模块组成电源系统时，却可能出现电源系统不稳定等故障，此类故障经常发生在EMI电源滤波器和电源串联使用的模式中。
本文基于EMI源滤波器和电源串联使用模式，通过对电源系统进行建模，针对机载计算机EMI电源滤波器的输出阻抗、开关电源的输入阻抗进行分析，确定EMI电源滤波器输出阻抗对滤波器及电源系统稳定性的影响，并提出机载计算机电源模块及组成系统的稳定性判定标准。
1 稳定性分析
为了直观分析机载计算机的稳定性，将机载计算机的滤波器、电源模块简化为串联使用的电源系统模型进行阻抗分析。模型A为EMI电源滤波器，模型B为开关电源模块，系统模型如图1所示。
Ta、Tb分别为A、B的传递函数，Zo为A的输出阻抗，Zi为B的输入阻抗。那么该系统的传递函数为T：
该系统的传递函数T分母中的Zo/Zi决定了该系统传递函数的稳定性，即EMI电源滤波器的输出阻抗、开关电源的输入阻抗决定了该电源系统的稳定性。
使用Middlebrook判定方法可有效准确地判断系统工作的稳定性。该法则可用于电源系统级联稳定性分析，主要采用阻抗分析方法，由加州理工学院的Middlebrook教授提出，其原理是运用电源输出阻抗与负载输入阻抗之比来分析开关电源间的阻抗稳定性。Middlebrook判定方法指出，独立的功率变换器模块在级联运行时，其系统的稳定性应使级联处前级模块的输出阻抗小于后级模块的输入阻抗。
EMI电源滤波器的输出阻抗、开关电源的输入阻抗应遵循阻抗失配原则。为保证该电源系统的稳定性，在全输入范围、全频段范围内EMI电源滤波器的输出阻抗应小于开关电源的输入阻抗。
2 阻抗分析
2.1 EMI电源滤波器输出阻抗
机载计算机广泛使用EMI电源滤波器进行电磁干扰的抑制。EMI电源滤波器最主要的性能参数就是插入损耗，插入损耗分为共模和差模插入损耗。插入损耗越大，表明该滤波器对干扰的抑制能力越强。内部电路通常采用如图2所示的滤波器电路图。
等效EMI电源滤波器的参数，简化为LC滤波电路。电路模型如图3所示。经计算，输出阻抗如公式（2）所示：
Lf为滤波器模型中两个差模电感量之和，即LD1+LD2；Cf为EMI电源滤波器内Cx电容与电源模块输入端滤波电容之和；Rind为滤波器内共模电感及两个差模电感直流电阻之和，在设计、计算EMI电源滤波器输出阻抗时，应考虑滤波器的阻尼特性，它决定了LC滤波电路谐振峰的大小。
利用Matlab对该表达式进行仿真，得到EMI电源滤波器输出阻抗的典型曲线图，如图4所示。
2.2 开关电源输入阻抗
开关电源的输入阻抗体现了输入电流变化时输入电压的变化。通常来说，机载计算机常用的降压DC/DC变换电路在中低频段表现为电阻特性。DC/DC变换器反馈环路调节输出特性时，相对于输入端口，DC/DC变换器表现为额定功率负载，输入端口等效电阻为负阻抗。
在设计应用中，可以使用仪器测量法对电源电路进行输入阻抗测试。仪器测量法使用噪声分离设备分离共模、差模噪声并计算阻抗值，但数学表达式较复杂，该差模阻抗测量计算方法很难实现。
对电源电路建立模型，推导该电路的传递函数，并根据传递函数得出该电路的输入阻抗。以机载计算机中常用的BUCK型降压DC/DC变换器为例，其简化模型如图5所示。
根据图中电路拓扑形式，该型降压DC/DC变换器的输入阻抗为：
利用Matlab对该表达式进行仿真，得到降压DC/DC变换器输入阻抗的典型曲线图，如图6所示。
将EMI电源滤波器的输出阻抗、开关电源的输入阻抗放置在同一幅频特性图中就可以直观判断在全频段范围内，前级模块输出阻抗与后级模块输入阻抗的关系，并由此得出电源系统的稳定性。
若EMI电源滤波器的输出阻抗小于开关电源的输入阻抗，并留有6 dB的安全裕量，则电源模块及组成系统处于稳定状态，如图7所示。反之，若EMI电源滤波器的输出阻抗大于开关电源的输入阻抗，则电源模块及组成系统处于不稳定状态。此外，还应考虑开关电源在不同工作状态下，输入电压、输入负载变换时的输出阻抗变化。
3 试验结果及分析
为验证上文阻抗分析，根据机载计算机工作模式，利用EMI电源滤波器和电源的串联接法，通过设置EMI电源滤波器的输出阻抗和电源的输入阻抗搭建系统故障模型，实现该系统的不稳定工作状态。
按照图2设置某机载计算机EMI滤波器参数，Lf=LD1+LD2=400 μH，Cf=70 μF，Rind=RL+RLD1+RLD2=0.14 Ω，并根据该机载计算机的实际工作状态得出电源的输入阻抗为27 dBΩ。
将Lf=400 μH，Cf=70 μF，Rind=0.14 Ω代入公式，经计算，滤波器输出阻抗峰值为33 dBΩ，截止频率为0.96 kHz，后级输入阻抗为27 dBΩ。在0.96 kHz频率处，存在前级输出阻抗大于后级输入阻抗的情况，不满足Middlebrook判定方法，则该系统为不稳定系统。滤波器的输出阻抗、电源模块的输入阻抗如图8所示。
在实验室中，为该机载计算机提供28 V直流电压，通过示波器检测计算机上电过程中滤波器输出的28 V电源信，发现此时该处电压发生震荡，且震荡最大电压值为32.1 V，震荡最小电压值为24.5 V，振荡频率为1.18 kHz，与分析结果一致。
再次改变EMI电源滤波器参数，验证系统稳定状态。将Lf更改为50 μH，其他参数不变。从图9中可以看出，此时系统处于稳定状态。通过示波器检测计算机滤波器输出，振荡现象消失，与分析结果一致。
由分析和实验结果可知，要保证机载计算机电源系统的稳定性，就要对组成串联级联模式电源系统的EMI电源滤波器、开关电源产品的输入输出阻抗进行分析，按照在全频段范围内，前级模块的输出阻抗须小于后级模块输入阻抗的判定准则，评估判定机载计算机电源系统的稳定性。
4 结 语
文中探讨了滤波器输出阻抗和开关电源输入阻抗匹配的原因，并提出机载计算机电源模块及组成系统的稳定性判定标准，有助于提升开关电源模块及组成系统的稳定性。
参考文献
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