开关电源的EMI滤波器设计

1、开关电源的EMI滤波器设计开关电源、EMI、滤波器1 引言电磁干扰滤波器（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，提高伺服系统和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。本文介绍的就是一种开关电源的EMI滤波器设计。2 滤波器设计根据直流电机伺服驱动开关电源系统的特点，本设计中的EMI滤波器采用双级LC网络设计，双级LC网络插入开关电源电路中的位置如图1所示。图1 LC网络在开关电源电路中的位置图2 双级LC网络假定直流电源侧为低阻抗电压源US，DC/DC变换器输入端为高阻抗电流源i(t)。

2、那么LC滤波器只能选择“”型结构，最简单的双“”级LC网络如图2所示。其频域传递函数为：（1）由于LC网络谐振时,会产生很大的电流(电压)峰值，这个网络有个频率点的谐振峰值是必须限制的，否则,会产生更大的EMI。限制这3个频率点的峰值是设计这个滤波器的主要指导思想。这3个频率点分别是:第一级滤波器的谐振频率：f1=第二级滤波器的谐振频率：f2= （2） （3）第3个频率点就是DC/DC变换器的开关频率f。下面具体讨论滤波器设计方法，即选取LC网络中元件参数的方法：由上面3个式子，3个频率点对应的传递函数的幅值分别为：（4）（5）元件参数选取方法讨论如下：为了限制f1点的谐振峰值，要求插入衰减2

3、0logH1=20logC1/C20,即C1/C21。根据经验,它们的比值范围为:（7） （6）为了限制f2点的谐振峰值，同理选取：（8）为了限制f点的谐振峰值，要求，即： （9）元件参数选取步骤归纳如下：（1）由式(7)(9)确定了比值，这样只有二个参数是独立的；（2）由于滤波器负载侧（开关电流i(t)侧）谐波分量较大，C2应选一个大容量电容器;（3）由（1）、(2)步结果代入式(9)，就可以确定另一个独立参数;（4）由直流侧电源Us确定电容器额定电压值Uce2Us。例如：若开关电源开关频率f =50kHZ，Us=24V，由上述参数选取原则，选取二组参数如附表所示。附表 元件参数3 EMI滤

4、波器的技术参数及测试方法3.1 主要技术参数EMI滤波器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、漏电流、测试电压、绝缘电阻、直流电阻、使用温度范围、工作温升Tr、插入损耗AdB、外形尺寸、重量等。上述参数中最重要的是插入损耗（亦称插入衰减）,它是评价电磁干扰滤波器性能优劣的主要指标。插入损耗（AdB）是频率的函数，用dB表示。设电磁干扰滤波器插入前后传输到负载上的噪声功率分别为P1、P2,有公式：（10），。式中V1是噪声源直接加到负载上 假定负载阻抗在插入前后始终保持不变,则的电压,V2是在噪声源与负载之间插入电磁干扰滤波器后负载上的噪声电压，且V1<<V2。代入式(10)中得到:（11）3.2 插入损耗的测量方法插入损耗用分贝（dB）表示，分贝值愈大，说明抑制噪声干扰的能力愈强。测量插入损耗的电路如图3所示。Us是噪声信号发生器，Zi是信号源的内部阻抗，ZL是负载阻抗，一般取50。噪声频率范围可选10kHz30MHz。首先要在不同频率下分别测出插入前后负载上的噪声压降V1、V2，再代入式(11)中计算出每个频率点的AdB值，最后绘