圖1電磁幹擾信號示意圖

圖2電源濾波器的基本電路圖

 

另外，從電源輸入端進入的EMI噪(zao)聲(sheng)，其(qi)一(yi)部(bu)分(fen)可(ke)出(chu)現(xian)在(zai)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)端(duan)
，它(ta)在(zai)電(dian)源(yuan)的(de)負(fu)載(zai)電(dian)路(lu)中(zhong)會(hui)產(chan)生(sheng)感(gan)應(ying)電(dian)壓(ya)，成(cheng)為(wei)電(dian)路(lu)產(chan)生(sheng)誤(wu)動(dong)作(zuo)或(huo)幹(gan)擾(rao)電(dian)路(lu)中(zhong)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)的(de)原(yuan)因(yin)。這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)同(tong)樣(yang)也(ye)可(ke)用(yong)噪(zao)聲(sheng)濾(lv)波(bo)器(qi)來(lai)加(jia)以(yi)防(fang)止(zhi)。

 

在電源設備中采用噪聲濾波器的作用如下：

 

（1）防止外來電磁噪聲幹擾電源設備本身控製電路的工作
；

 

（2）防止外來電磁噪聲幹擾電源的負載的工作；

 

（3）抑製電源設備本身產生的EMI；

 

（4）抑製由其它設備產生而經過電源傳播的EMI。

 

開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)本(ben)身(shen)在(zai)工(gong)作(zuo)時(shi)以(yi)及(ji)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)處(chu)於(yu)開(kai)關(guan)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)時(shi)，都(dou)會(hui)在(zai)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)出(chu)現(xian)終(zhong)端(duan)噪(zao)聲(sheng)
，產(chan)生(sheng)輻(fu)射(she)及(ji)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)，也(ye)會(hui)進(jin)入(ru)交(jiao)流(liu)電(dian)網(wang)幹(gan)擾(rao)其(qi)它(ta)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)
，所(suo)以(yi)必(bi)須(xu)采(cai)取(qu)有(you)效(xiao)措(cuo)施(shi)加(jia)以(yi)抑(yi)製(zhi)。在(zai)抑(yi)製(zhi)EMI噪聲的輻射幹擾方麵，電磁屏蔽是最好的方式。而在抑製EMI噪聲的傳導幹擾方麵，采用EMI濾波器是很有效的手段，當然應配合良好的接地措施。

 

在國際上各個國家都實行了嚴格的電磁噪聲限製規則，如美國有FCC，德國有FTZ，VDE等標準。如電子設備不滿足噪聲限製規則，則產品就不能出售和使用。

 

由於上述種種原因，在電源設備中必須要設計使用滿足要求的電網噪聲濾波器。

EMI噪聲和濾波器的類型

 

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，如圖1所示。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的電位相等、相位相同的幹擾信號，即圖1的電壓V1和V2。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的相位差180°的幹擾信號，即圖1中的電壓V3。共模噪聲是從交流輸入線流入大地的幹擾電流，差模噪聲是在交流輸入線之間流動的幹擾電流。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
，並且可把這二種EMI噪聲看作獨立的EMI源來分別抑製。

 

zaiduidianciganraozaoshengcaiquyizhicuoshishi
，zhuyaoyingkaolvyizhigongmozaosheng，yinweigongmozaoshengzaiquanpinyutebiezaigaopinyuzhanzhuyaobufen
，erzaidipinyuchamozaoshengzhanbilijiaoda，suoyiyinggenjuEMI噪聲的這個特點來選擇適當的EMI濾波器。

 

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；分立式是在印製板上安裝電感線圈
、電容器等，構成抑製噪聲濾波器。到底采用哪種形式要根據成本、特性、安裝空間等來確定。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，可自由分配在印製板上。

噪聲濾波器的基本結構

 

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到電源，而大大衰減隨交流電傳入的EMI噪聲
；同時又能有效地抑製電源設備產生的EMI噪聲
，阻止它們進入交流電網幹擾其它電子設備。

 

單相交流電網噪聲濾波器的基本結構如圖2所示。它是由集中參數元件組成的四端無源網絡，主要使用的元件是共模電感線圈L1、L2，差模電感L3、L4，以及共模電容CY1
、CY2和差模電容器CX。若將此濾波器網絡放在電源的輸入端，則L1與CY1及L2與CY2分(fen)別(bie)構(gou)成(cheng)交(jiao)流(liu)進(jin)線(xian)上(shang)兩(liang)對(dui)獨(du)立(li)端(duan)口(kou)之(zhi)間(jian)的(de)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)
，可(ke)衰(shuai)減(jian)交(jiao)流(liu)進(jin)線(xian)上(shang)存(cun)在(zai)的(de)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)噪(zao)聲(sheng)，阻(zu)止(zhi)它(ta)們(men)進(jin)入(ru)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)。共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)線(xian)圈(quan)用(yong)來(lai)衰(shuai)減(jian)交(jiao)流(liu)進(jin)線(xian)上(shang)的(de)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)
，其(qi)中(zhong)L1和L2一般是在閉合磁路的鐵氧體磁芯上同向卷繞相同匝數，接入電路後在L1

、L2兩個線圈內交流電流產生的磁通相互抵消，不致使磁芯引起磁通飽和，又使這兩個線圈的電感值在共模狀態下較大，且保持不變。

 

差模電感線圈L3、L4與差模電容器CX構成交流進線獨立端口間的一個低通濾波器
，用來抑製交流進線上的差模幹擾噪聲，防止電源設備受其幹擾。

 

圖2所示的電源噪聲濾波器是無源網絡
，它具有雙向抑製性能。將它插入在交流電網與電源之間，相當於這二者的EMI噪聲之間加上一個阻斷屏障，這樣一個簡單的無源濾波器起到了雙向抑製噪聲的作用，從而在各種電子設備中獲得了廣泛應用。

 

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形、E形和U形等，材料一般采用鐵氧體
，環形磁芯適用於大電流小電感量
，它的磁路比E形和U形長，沒有間隙，用較少的圈數可獲得較大的電感量，由於這些特點它具有較佳的頻率特性。而E形xing磁ci芯xin的de線xian圈quan泄xie漏lou磁ci通tong小xiao
，故gu當dang電dian感gan漏lou磁ci有you可ke能neng影ying響xiang其qi它ta電dian路lu或huo其qi它ta電dian路lu與yu共gong模mo電dian感gan有you磁ci耦ou合he
，而er不bu能neng獲huo得de所suo需xu要yao的de噪zao聲sheng衰shuai減jian效xiao果guo時shi應ying考kao慮lv采cai用yongE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，由於粉壓磁芯適用頻率範圍較低
，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。

 

圖2中，電源噪聲濾波器使用二種電容器，CX、CY1和CY2，它們在濾波器中的作用不同
，還有不同的安全等級要求，因此其性能參數直接與濾波器的安全性能有關。

 

差模電容CX接在交流電進線兩端，它上麵除加有額定交流電壓以外
，還會疊加交流進線之間存在的各種EMI峰值電壓。所以該電容器的耐壓及耐瞬態峰值電壓的性能要求較高，同時要求該電容器失效後，不能危及後麵電路及人身安全。CX電容器的安全等級又分為X1和X2兩類，X1類適用於一般場合，X2類適用於會出現高的噪聲峰值電壓的應用場合。

 

共模電容CY接(jie)在(zai)交(jiao)流(liu)電(dian)進(jin)線(xian)與(yu)機(ji)殼(ke)地(di)之(zhi)間(jian)
，要(yao)求(qiu)它(ta)們(men)在(zai)電(dian)氣(qi)和(he)機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)上(shang)
，應(ying)有(you)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)安(an)全(quan)餘(yu)量(liang)
，萬(wan)一(yi)它(ta)們(men)發(fa)生(sheng)擊(ji)穿(chuan)短(duan)路(lu)，將(jiang)使(shi)設(she)備(bei)機(ji)殼(ke)帶(dai)上(shang)危(wei)險(xian)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)
，如(ru)設(she)備(bei)的(de)絕(jue)緣(yuan)或(huo)接(jie)地(di)保(bao)護(hu)失(shi)效(xiao)，可(ke)能(neng)使(shi)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)遭(zao)受(shou)電(dian)擊(ji)，甚(shen)至(zhi)危(wei)及(ji)人(ren)身(shen)安(an)全(quan)。因(yin)此(ci)對(dui)CY電dian容rong器qi的de容rong量liang要yao進jin行xing限xian製zhi
，使shi其qi在zai額e定ding頻pin率lv的de電dian壓ya下xia漏lou電dian流liu小xiao於yu安an全quan規gui範fan值zhi。另ling外wai還hai要yao求qiu其qi應ying有you足zu夠gou的de耐nai壓ya及ji耐nai瞬shun態tai高gao峰feng值zhi電dian壓ya的de餘yu量liang，並bing且qie萬wan一yi發fa生sheng電dian壓ya擊ji穿chuan它ta應ying處chu於yu開kai路lu狀zhuang態tai，而er不bu會hui使shi設she備bei機ji殼ke帶dai電dian。

 

綜上所述，在設計和選擇電網噪聲濾波器時
，因為它們工作在高電壓
、大電流、惡劣的電磁幹擾環境中，首先必須考慮所用電感器和電容器的安全性能。對於電感線圈，其磁芯
、繞線的材料，絕緣材料和絕緣距離
、線圈溫升等都應予重視。對於電容器，其電容種類、耐壓
、安全等級
、容量、漏電流等都應優先考慮
，特別要求選擇經過國際安全機構安全認證的產品。

濾波器的安全性能參數

 

濾波器與漏電流

 

電網濾波器漏電流定義為：zaiedingjiaoliudianyaxia，lvboqiwaikedaojiaoliujinxianrenyiduandedianliu。ruguolvboqidesuoyouduankouyuwaikezhijianshiwanquanjueyuande，zeloudianliudezhi，zhuyaoqujueyugongmodianrongCY的漏電流
，即主要取決於CY的容量。由於濾波器漏電流的大小，涉及到人身安全，國際上各國對此都有嚴格的標準規定。對於220V/50Hz交流電網供電
，一般要求噪聲濾波器的漏電流小於1mA。

 

濾波器與試驗電壓

 

對於交流電網噪聲濾波器，試驗電壓分為兩種：一種是加在交流進線兩端，即線—線試驗電壓。若電感線圈及引線是絕緣良好的，它主要取決於電容器CX的耐壓；另一種是加在交流進線任一端與機殼地之間

，即線—地試驗電壓。它主要取決於CY的耐壓。

 

漏電流和試驗電壓都是噪聲濾波器的安全性能參數

，是濾波器中電感線圈、絕緣和電容器CX、CY安全性能的具體表現，並且與設備及人身安全緊密相關。因此在電網噪聲濾波器的設計
、生產和使用中，都要特別加以重視

，把這些技術參數的認證和檢驗放在首位。

 

濾波器的技術參數及正確使用

 

（1）插入損耗是噪聲濾波器的重要技術參數之一，在設計和選用時應予主要考慮。在濾波器的安全、常規電氣性能
、環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。

 

插入損耗的定義如圖3所示

，當沒接濾波器時，信號源輸出電壓為V1，當濾波器接入後，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50Ω，則濾波器的插入損耗為：

IL=20log(V1/V2）(1)

 

圖3插入損耗的定義

 

圖4濾波器網絡結構的選擇

 

圖5公共阻抗耦合的等效電路
 

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。

 

但在實際選用濾波器時，應注意產品手冊給出的插入損耗曲線，都是按照標準規定，在其輸入和輸出阻抗都為50Ω條件下測得的。因為實際的濾波器兩端阻抗不一定在全頻率範圍內是50Ω，所以它對EMI信號的衰減，並不等於產品手冊中給出的插入損耗值。特別當使用安裝不當時，還會遠遠小於標準給定的插入損耗。

 

（2）電源噪聲濾波器是一種具有互易性的無源網絡。在實際應用中為使它有效地抑製噪聲應合理配接。按圖4所示組合來選擇濾波器的網絡結構和參數，才能得到較好的EMI抑製效果。

 

當(dang)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)阻(zu)抗(kang)與(yu)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)不(bu)相(xiang)等(deng)時(shi)

，在(zai)此(ci)端(duan)口(kou)上(shang)會(hui)產(chan)生(sheng)反(fan)射(she)，兩(liang)個(ge)阻(zu)抗(kang)相(xiang)差(cha)越(yue)大(da)
，端(duan)口(kou)產(chan)生(sheng)的(de)反(fan)射(she)也(ye)越(yue)大(da)。當(dang)濾(lv)波(bo)器(qi)兩(liang)端(duan)阻(zu)抗(kang)都(dou)與(yu)外(wai)部(bu)阻(zu)抗(kang)不(bu)相(xiang)等(deng)時(shi)
，則(ze)EMI信(xin)號(hao)將(jiang)在(zai)其(qi)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)端(duan)都(dou)產(chan)生(sheng)反(fan)射(she)。這(zhe)時(shi)電(dian)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)對(dui)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)噪(zao)聲(sheng)的(de)衰(shuai)減(jian)，就(jiu)與(yu)濾(lv)波(bo)器(qi)固(gu)有(you)的(de)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)和(he)反(fan)射(she)損(sun)耗(hao)有(you)關(guan)，可(ke)利(li)用(yong)這(zhe)點(dian)更(geng)有(you)效(xiao)地(di)抑(yi)製(zhi)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)噪(zao)聲(sheng)。在(zai)實(shi)際(ji)設(she)計(ji)和(he)選(xuan)擇(ze)使(shi)用(yong)EMIlvboqishi，yaozhuyilvboqizukangdezhengquelianjie，yizaochengjinkenengdadefanshe
，shilvboqizaihenkuandepinlvfanweineizaochengjiaodadezukangshipei，congerdedaogenghaodedianciganraoyizhixingneng。

 

（3）在zai電dian源yuan濾lv波bo器qi的de實shi際ji應ying用yong中zhong，要yao求qiu其qi外wai殼ke與yu係xi統tong地di之zhi間jian有you良liang好hao的de電dian氣qi連lian接jie

，且qie應ying使shi接jie地di線xian盡jin量liang短duan，因yin為wei過guo長chang的de接jie地di線xian會hui加jia大da接jie地di電dian阻zu和he電dian感gan，而er嚴yan重zhong削xue減jian濾lv波bo器qi的de共gong模mo抑yi製zhi能neng力li
，同tong時shi也ye會hui產chan生sheng公gong共gong接jie地di阻zu抗kang耦ou合he的de問wen題ti。如ru圖tu5所示
，接地線過長，則濾波器輸入和輸出之間的公共耦合阻抗Zg也過大
，負載上電壓為：

 

V0=VZ＋Vg=VZ＋(Ii－IO)Zg(2)

 

式中：Ii為濾波器交流輸入電路的噪聲電流；

 

IO為濾波器輸出電路的噪聲電流。

 

由式（2）可知
，電磁幹擾信號經過濾波器衰減後，在輸出端的噪聲電流大大小於輸入端的噪聲電流
，即公共接地阻抗引起的壓降(Ii－IO)Zg將很大
，在Zg上將產生一個很高的電磁幹擾電壓，經過公共接地回路耦合到濾波器的輸出端


，從而大大減弱噪聲濾波器對EMI噪聲的抑製能力。

 

減jian小xiao公gong共gong阻zu抗kang耦ou合he的de最zui好hao方fang法fa，就jiu是shi借jie助zhu設she備bei的de電dian磁ci屏ping蔽bi，把ba噪zao聲sheng濾lv波bo器qi的de輸shu入ru端duan與yu輸shu出chu端duan隔ge離li開kai，同tong時shi濾lv波bo器qi的de接jie地di線xian要yao盡jin量liang短duan，這zhe樣yang既ji把ba濾lv波bo器qi輸shu入ru與yu輸shu出chu端duan間jian存cun在zai的de電dian磁ci耦ou合he降jiang到dao最zui低di程cheng度du
，又you不bu破po壞huai設she備bei的de屏ping蔽bi結jie構gou對dui於yu電dian磁ci幹gan擾rao噪zao聲sheng的de抑yi製zhi作zuo用yong。

 

理想的電源噪聲濾波器安裝方式如圖6所示。

 

（4）綜上所述，電源噪聲濾波器的使用應注意如下幾點：

①濾波器應盡量靠近設備交流電入口處安裝
，應使未經過濾波器的交流進線在設備內盡量短
；

②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；

③濾波器接地線上有大的電流流過，會產生電磁輻射，應對濾波器進行良好的屏蔽和接地
；

④濾波器的輸入線和輸出線不能捆紮在一起，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。

 

圖6濾波器的正確安裝方法

 

結語

電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)設(she)計(ji)和(he)選(xuan)用(yong)，主(zhu)要(yao)依(yi)據(ju)噪(zao)聲(sheng)幹(gan)擾(rao)特(te)性(xing)和(he)係(xi)統(tong)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)的(de)要(yao)求(qiu)，在(zai)了(le)解(jie)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)，估(gu)計(ji)幹(gan)擾(rao)的(de)大(da)致(zhi)量(liang)級(ji)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)進(jin)行(xing)。首(shou)先(xian)要(yao)了(le)解(jie)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)環(huan)境(jing)(使用電壓

、負載電流、環境溫濕度、振動衝擊、安裝方式和位置等)，要重點考慮其安全性能參數，因為關係到設備及人身安全。還要使濾波器對EMI噪zao聲sheng產chan生sheng最zui佳jia的de抑yi製zhi效xiao果guo。應ying根gen據ju接jie入ru電dian路lu的de要yao求qiu，以yi產chan生sheng最zui大da阻zu抗kang不bu匹pi配pei的de原yuan則ze來lai選xuan擇ze濾lv波bo器qi的de網wang絡luo結jie構gou和he參can數shu。為wei了le獲huo得de最zui佳jia的de電dian磁ci噪zao聲sheng衰shuai減jian特te性xing，濾lv波bo器qi應ying該gai正zheng確que地di安an裝zhuang在zai電dian子zi設she備bei上shang。