一次电源输入EMI电路设计

1、输入 EMI 滤波器电路设计标准摘要： 本文介绍了一种单相输入 EMI 电源滤波器电路，该电路一般作为中小功率电源的输入部分电路，以满足电源的 EMC 要求。关键词： EMI, 插入损耗缩略词解释EMC ： Electromagnetic Compatibility ，电磁兼容性EMI ： Electromagnetic Interference ， 电磁干扰适用范围该单元电路参数只要做适当调试、更改，便可用于绝大部分中小功率电源。满足的技术指标特征指标电源的规格为：输入：AC 120V290V输出：48V/50A输出功率： 2900W详细电路图R334300K/0.25WF303L304C3

2、28C329L3052.2mH2.2mHC3341.0U/275VAC4700P/400VACRV301385VC3314700P/400VAC1.0U/275VAC/77图1单元电路原理图工作原理简介电源滤波器是一种由无源元件构成的低通滤波网络 。它毫无衰减地将50Hz, 400Hz的交流电源功率传输到设备上，却大大衰 减通过电源线传输的EM佶号，保护设备免受其害。同时，它又能抑制设备本身产生的 EM信号，防止它进入电网，污染电磁环境，危 害其他的设备。电源EM滤波器是电子设备满足有关电磁兼容标准的行之有效的器件。组成电源EM滤波器的核心元件为：共模电感，差模电感，X和Y电容。具中共模电感和

3、Y电容共同构成LOW阶低通滤波器，主要用来抑制共模噪声，绕制时除了尽量减小杂散电容外，还应适当控制不平衡电感一般为1%左右，虽然不平衡电感有抑制差模噪音的作用，但不平衡电感太大，容易导致共模电感出现磁芯饱和现象。对差模噪音的抑制和滤除，是由差模电感和X电容来完成的。所要说明的是，EM滤波器主要是从噪声传播途径方面入手解决 EMI问题，所有的EMI电路只能一定程度的降低电磁干扰的对整机性能的影响，对具体的开关电源来说，还应配合噪声源头的工作，比方降低开关量的尖峰，采用合理吸收或软开关技术等来降低电源 噪声的发射值，本文对此方面不作详细论述。设计、调试要点、首先测试未安装EM滤波器时的传导干扰，并

4、与标准限值相比较，列出(150K30MHZJ)各个频段EM滤波器所应具有的插入损耗LISN的L、N线传导干扰测试输出端分别有差模噪声及共模噪声的成分，分别为 CM DN , CM DN ,如果对它们施加加减运算，则可直接得到共模干扰CM ，及差模干扰DM 。为实现上述目的，分别使用 0功率合成器及180功率合成器。2 、根据未加EM滤波器时测试的传导干扰与标准限值的差值，以及我 们产品的现有的空间和成本的的要求，确定 EM滤波器的级数，结构，元件参数等等,以满足不同频段对EM滤波器插入损耗的要求。11根据产品的到达电磁兼容的要求的严酷程度，结合现有的未加EM滤波器时的干扰的测试结果，确定级数：

5、一般的要求到达 瞰标准的，滤波器的级数一般要求两级或两级以上，如果合理利用共模电感的杂散电感，可以只选用两级共模电感配合相应的Y电容和X电容来实现，如果因为没有其他的原因或条件限制，可以考虑选用两级共模和一级差模电感配合相应的X和Y电容来实现，设计和调测起来比较简单。新50A奠块因为要求体积小，功率密度高，所以给输入 EM滤波器留有的体积十分的有限 ，所以项目组投入大量的人力物 力，进行EMCT面的研究和开发。利用两级共模实现 琛要求。 2 根据电路的参数，确定电源滤波器的结构：电源滤波器的结构，在很大程度上对滤波器的效果起决定性的因素，为了到达最好的抑制效果，我们要求滤波器的所有的端口的阻抗

6、与相应的设备或功能电路的等效输入阻抗严重失配。如下的连接在EM滤波器的设计中被认为是正确的连接：:OUT OF EMI- loaddOUT OF EMI10ad图22OUT OF EMI图23图21中表示滤波器的输出表示为容抗，负载表现为阻抗；图22中表示滤波器的输出表示为容抗，负载表现为感抗；图23中表示滤波器的输出表示为感抗，负载表现为容抗。值得注意的是，我们可以用设备互换的原则等效出滤波器的输入阻抗的选用原则。2-3因为新50A勺模块的主电路的结构，从交流输入端看过去，差模和共模应该等效为容抗，所以我们的滤波器的最后一级选用了图 的结构，滤波器的等效输出应该为感抗。实际的电网环境，一般设

7、备的交流引线都比较长，并且所有的交流进入设备前没有X电容，在绝大多数的情况下，对于差模可以将电网认为是一个感抗输出的设备，我们的滤波器就在它的下一级，根据失配原则图2 3，滤波器的输入等效应该为容性。对于我们的共模成分，因为经过我们的 Listener ,再进入我们的设备，从我们分析LISTENER：结构来讲，输出表现为容性，所以我们 EM滤波器的共模输入表现为感性。K3R参数设计及X、Y电容的选型1如上图，输入滤波器采用二级共模电感。为抑制开关电源发射EMI的共模段，使其在瞰规定的范围内，我们选用我们的共模的截至频率为 Fo=50kH洪模干扰有最好的抑制作用。为什么选择50KHz勺截至频率，

8、可以通过如下的方法获得：通过共模CM6和标准对应的限值的差值，定位一个坐标150K, CM-56，在FdBC寸数坐标系上过此点作一个80dB的直线, 和Xtt的交点，即是我们的截至频率。2 关于共模电感磁性材料的选择也必须谨慎，一般我们要求共模有比较大的 值，比较好的高频特性，损耗也比较小，整合各种考虑，一般我们选择高 值的铁氧体。我们在选材时往往发现， 的大小和高频特性刚好是有矛盾的，所以我们选材时要视电源模块的传导干扰的特性而论，如果低频段比较大，并且很难抑制，那么最好选用 值高一点的铁氧体，如果中高频段比较大，并且不易抑制，建议选用 值比较低的铁氧体。从HD4850勺传导干扰的特性,我们

9、选用7K的磁性。 3为了有效地抑制传导干扰，特别是低频段，电感量越大越有效果，当电感磁性材料确定以后，就只能依靠匝数的多少来确定。因为共模或差模匝间存在分布电容，容易将高频干扰信号通过匝间电容直接越过我们的EM滤波器，所以我们在绕织时要注意：最好只绕一层，以免层间分布电容太大而将高频段短路；最好输入与输出抽头相隔不能太近，否则容易通过分布电容将高频噪声直接从输入端耦合到输出端，减少EM滤波器的作用。如果选用差模电感，一定要注意选择不易饱和的材料，一般选择铁粉芯。4在确定好频率，确定好共模磁性材料、匝数后，我们可以根据以下的公式选用Y电容的大小:1c (2 fo)2L1(2 50 103)2 2

10、.2 10 34.61nF选取 Y电容 C329=C334=4700P我们的两极差模LC勺截至频率分别25KH却16KHz两极差模电感2为共模电感的1%,即20uH X2= 40uH,计算的方法可以通过与类似 共模LC勺截至频率相同的算法，不过，此时的曲线是由两条 40dB的曲线累加的结果。X电容的大小根据共模的杂散电感和实际的差模的干扰的大小确定，新50At定为选定第一级 X电容C328=1uF 第二级 X电容 C331= 1uF、C429= 1uF、C402= 474。为X2规电容。泄放电阻R334 R400勺选取原则是使X电容在输入掉电后2秒内其电压跌至安全电压范围内。并考虑功耗，这里选

11、取 300K/0.25W勺电阻两个串联。Cx、CW勺两种下标不仅说明了它们在滤波网络中的作用，还说明了它们的安全等级。是指用于这样的场合，即电容器失效后，不 会导致电击，不危及人身安全，在设计，选用 Cx、Cy电容时，要十分认真地考虑X和Y电容的安全性能，因为它直接关系到整机的安全 性能，必须选用通过有关安规认证机构认证的电容器。表1 .X电容的分类和应用特性小类使用时的峰值 脉冲电压kV绝缘类型IEC 664应用耐久性试验前 施加的峰值脉冲电压kVX12.54III高脉冲应用C1.0, 4C1.0, 4/C CX21 2.5II一般用途C1.0, 2.5C1.0, 2.5/*： CX31.2

12、一般用途:表2 Y电容的分类和应用小类跨接绝缘类型额定电压V耐久性试验前施加 的峰值脉冲电压kVY1双重绝缘或增强绝缘2508.0Y2基本绝缘或辅助绝缘15(25(5.0Y3基本绝缘或辅助绝缘150250Y4基本绝缘1502.5Y 电容的电容量必须受到限制，从而到达控制在额定频率电压作用下，流过它的漏电流的大小和对系统 EM性能的影响。 GJB15规定Y电容的容量应不大于0.1uF。Y电容除符合相应的电网电压耐压外，还要求这种电容器在电气和机械性能方面有足够的安 全余量，防止在极端恶劣环境条件下出现击穿短路现象， Y电容的耐压性能对保护人身安全具有重要意义。3 插入损耗的测试EM滤波器结构形式

13、确定后必须用网络阻抗特性测试仪测试其幅频特性。因为由于电感分布电容，Cx、CWESL以及电路分布参数的影响，其高频段的幅频特性不是一条-40dB/DEC勺直线，必须通过测试，不断调整元器件参数及滤波器结构，以获得满意的差 模、共模插入损耗特性曲线。如测试设备允许，可在通以额定电流条件下测试EM滤波器的插入损耗，因为电感在通以电流时，感量会变化，与小信号状态测试会有一些差异。需要特别说明的是，我们的插损的测试的条件是输入与输出的等效阻抗都为50欧姆的情况下。我们一般看到的市场上销售的滤波器的插损也是在50欧姆输出输入时的参考值，因为我们电源的实际的等效阻抗可能并不是50欧姆，所以我们的插损的测量结果只能作为参考。但是总的变化趋势是一致的。4、EMI滤波器的优化将EMI滤波器安装在整流模块外部，测试在额定负载 （满载）及半载条件下的传导干扰。这样做的目的是在优化EMI滤波器的各元器件参数时不受接地、机内辐射等条件的影响，容易排除其它因素，得到最优