1、导言
跟着现代科学技能的飞速发展，电子、电力电子、电气设备运用越来越广泛，它们在运转中发生的高密度、宽频谱的电磁信号充溢整个空间，构成杂乱的电磁环境。杂乱的电磁环境要求电子设备及电源具有更高的电磁兼容性。所以按捺电磁搅扰的技能也越来越受到注重。接地、屏蔽和滤波是按捺电磁搅扰的三大办法，下面首要介绍在电源中运用的EMI滤波器及其根本原理和正确运用办法。
2、电源设备中噪声滤波器的作用
电子设备的供电电源，如220V/50Hz沟通电网或115V/400Hz沟通发电机，都存在林林总总的EMI噪声，其间人为的EMI搅扰源，如各种雷达、导航、通讯等设备的无线电发射信号，会在电源线上和电子设备的衔接电缆上感应出电磁搅扰信号，电动旋转机械和焚烧体系，会在理性负载电路内发生瞬态进程和辐射噪声搅扰;还有天然搅扰源，比方雷电放电现象和世界中天电搅扰噪声，前者的继续时间短但能量很大，后者的频率规模很宽。别的电子电路元器件自身作业时也会发生热噪声等。
这些电磁搅扰噪声，通过辐射和传导耦合的办法，会影响在此环境中运转的各种电子设备的正常作业。
另一方面，电子设备在作业时也会发生各式各样的电磁搅扰噪声。比方数字电路是选用脉冲信号(方波)来表明逻辑关系的，对其脉冲波形进行付里叶剖析可知，其谐波频谱规模很宽。别的在数字电路中还有多种重复频率的脉冲串，这些脉冲串包括的谐波更丰厚，频谱更宽，发生的电磁搅扰噪声也更杂乱。
各类稳压电源自身也是一种电磁搅扰源。在线性稳压电源中，因整流而构成的单向脉动电流也会引起电磁搅扰;开关电源具有体积小，效率高的长处，在现代电子设备中运用越来越广泛，可是由于它在功率改换时处于开关状况，自身便是很强的EMI噪声源，其发生的EMI噪声既有很宽的频率规模，又有很高的强度。这些电磁搅扰噪声也相同通过辐射和传导的办法污染电磁环境，然后影响其它电子设备的正常作业。
对电子设备来说，当EMI噪声影响到模仿电路时，会使信号传输的信噪比变坏，严峻时会使要传输的信号被EMI噪声所吞没，而无法进行处理。当EMI噪声影响到数字电路时，会引起逻辑关系犯错，导致过错的成果。
关于电源设备来说，其内部除了功率改换电路以外，还有驱动电路、控制电路、维护电路、输入输出电平检测电路等，电路恰当杂乱。这些电路首要由通用或专用集成电路构成，当受电磁搅扰而发生误动作时，会使电源停止作业，导致电子设备无法正常作业。选用电网噪声滤波器可有用地避免电源因外来电磁噪声搅扰而发生误动作。
别的，从电源输入端进入的EMI噪声，其一部分可呈现在电源的输出端，它在电源的负载电路中会发生感应电压，成为电路发生误动作或搅扰电路中传输信号的原因。这些问题相同也可用噪声滤波器来加以避免。
在电源设备中选用噪声滤波器的作用如下：
(1)避免外来电磁噪声搅扰电源设备自身控制电路的作业;
(2)避免外来电磁噪声搅扰电源的负载的作业;
(3)按捺电源设备自身发生的EMI;
(4)按捺由其它设备发生而通过电源传达的EMI。
开关电源自身在作业时以及电子设备处于开关作业状况时，都会在电源设备的输入端呈现终端噪声，发生辐射及传导搅扰，也会进入沟通电网搅扰其它的电子设备，所以有必要采纳有用办法加以按捺。在按捺EMI噪声的辐射搅扰方面，电磁屏蔽是最好的办法。而在按捺EMI噪声的传导搅扰方面，选用EMI滤波器是很有用的手法，当然应合作杰出的接地办法。
在世界上各个国家都实行了严厉的电磁噪声约束规矩，如美国有FCC，德国有FTZ，VDE等规范。如电子设备不满足噪声约束规矩，则产品就不能出售和运用。
由于上述种种原因，在电源设备中有必要要规划运用满足要求的电网噪声滤波器。
3EMI噪声和滤波器的类型
在电源设备输入引线上存在二种EMI噪声：共模噪声和差模噪声，如图1所示。把在沟通输入引线与地之间存在的EMI噪声叫作其共模噪声，它可看作为在沟通输入线上传输的电位持平、相位相同的搅扰信号，即图1的电压V1和V2。而把沟通输入引线之间存在的EMI噪声叫作差模噪声，它可看作为在沟通输入线传输的相位差180°的搅扰信号，即图1中的电压V3。共模噪声是从沟通输入线流入大地的搅扰电流，差模噪声是在沟通输入线之间活动的搅扰电流。对任何电源输入线上的传导EMI噪声，都可以用共模和差模噪声来表明，而且可把这二种EMI噪声看作独立的EMI源来别离按捺。
在对电磁搅扰噪声采纳按捺办法时，首要应考虑按捺共模噪声，由于共模噪声在全频域特别在高频域占首要部分，而在低频域差模噪声占份额较大，所以应根据EMI噪声的这个特色来挑选恰当的EMI滤波器。
电源用噪声滤波器按形状可分为一体化式和分立式。一体化式是将电感线圈、电容器等封装在金属或塑料外壳中;分立式是在印制板上装置电感线圈、电容器等，构成按捺噪声滤波器。究竟选用哪种方法要根据本钱、特性、装置空间等来确认。一体化式本钱高，特性较好，装置灵敏;分立式本钱较低，但屏蔽欠好，可自在分配在印制板上。
4、噪声滤波器的根本结构
电源EMI噪声滤波器是一种无源低通滤波器，它无衰减地将沟通电传输到电源，而大大衰减随沟通电传入的EMI噪声;一起又能有用地按捺电源设备发生的EMI噪声，阻挠它们进入沟通电网搅扰其它电子设备。
单相沟通电网噪声滤波器的根本结构如图2所示。它是由会集参数元件组成的四端无源网络，首要运用的元件是共模电感线圈L1、L2，差模电感L3、L4，以及共模电容CY1、CY2和差模电容器CX。若将此滤波器网络放在电源的输入端，则L1与CY1及L2与CY2别离构成沟通进线上两对独立端口之间的低通滤波器，可衰减沟通进线上存在的共模搅扰噪声，阻挠它们进入电源设备。共模电感线圈用来衰减沟通进线上的共模噪声，其间L1和L2一般是在闭合磁路的铁氧体磁芯上同向卷绕相同匝数，接入电路后在L1、L2两个线圈内沟通电流发生的磁通彼此抵消，不致使磁芯引起磁通饱满，又使这两个线圈的电感值在共模状况下较大，且坚持不变。
差模电感线圈L3、L4与差模电容器CX构成沟通进线独立端口间的一个低通滤波器，用来按捺沟通进线上的差模搅扰噪声，避免电源设备受其搅扰。
图2所示的电源噪声滤波器是无源网络，它具有双向按捺功能。将它刺进在沟通电网与电源之间，恰当于这二者的EMI噪声之间加上一个阻断屏障，这样一个简略的无源滤波器起到了双向按捺噪声的作用，然后在各种电子设备中取得了广泛运用。
5、噪声滤波器的首要规划准则
共模电感线圈运用的磁芯有环形、E形和U形等，资料一般选用铁氧体，环形磁芯适用于大电流小电感量，它的磁路比E形和U形长，没有空隙，用较少的圈数可取得较大的电感量，由于这些特色它具有较佳的频率特性。而E形磁芯的线圈泄漏磁通小，故当电感漏磁有或许影响其它电路或其它电路与共模电感有磁耦合，而不能取得所需求的噪声衰减作用时应考虑选用E形磁芯作成共模电感。
差模电感线圈一般选用金属粉压磁芯，由于粉压磁芯适用频率规模较低，在几十kHz～几MHz，其直流堆叠特性好，在大电流运用时电感量也不会大幅下降，最适合作为差模电感。
图2中，电源噪声滤波器运用二种电容器，CX、CY1和CY2，它们在滤波器中的作用不同，还有不同的安全等级要求，因而其功能参数直接与滤波器的安全功能有关。
差模电容CX接在沟通电进线两头，它上面除加有额外沟通电压以外，还会叠加沟通进线之间存在的各种EMI峰值电压。所以该电容器的耐压及耐瞬态峰值电压的功能要求较高，一起要求该电容器失效后，不能危及后边电路及人身安全。CX电容器的安全等级又分为X1和X2两类，X1类适用于一般场合，X2类适用于会呈现高的噪声峰值电压的运用场合。
共模电容CY接在沟通电进线与机壳地之间，要求它们在电气和机械功能上，应有满足大的安全余量，假如它们发生击穿短路，将使设备机壳带上风险的沟通电，如设备的绝缘或接地维护失效，或许使操作人员遭受电击，乃至危及人身安全。因而对CY电容器的容量要进行约束，使其在额外频率的电压下漏电流小于安全规范值。别的还要求其应有满足的耐压及耐瞬态高峰值电压的余量，而且假如发生电压击穿它应处于开路状况，而不会使设备机壳带电。
综上所述，在规划和挑选电网噪声滤波器时，由于它们作业在高电压、大电流、恶劣的电磁搅扰环境中，首要有必要考虑所用电感器和电容器的安全功能。关于电感线圈，其磁芯、绕线的资料，绝缘资料和绝缘间隔、线圈温升等都应予注重。关于电容器，其电容品种、耐压、安全等级、容量、漏电流等都应优先考虑，特别要求挑选通过世界安全组织安全认证的产品。
6、滤波器的安全功能参数
6.1滤波器与漏电流
电网滤波器漏电流界说为：在额外沟通电压下，滤波器外壳到沟通进线任一端的电流。假如滤波器的一切端口与外壳之间是彻底绝缘的，则漏电流的值，首要取决于共模电容CY的漏电流，即首要取决于CY的容量。由于滤波器漏电流的巨细，涉及到人身安全，世界上各国对此都有严厉的规范规则。关于220V/50Hz沟通电网供电，一般要求噪声滤波器的漏电流小于1mA。
6.2滤波器与实验电压
关于沟通电网噪声滤波器，实验电压分为两种：一种是加在沟通进线两头，即线—线实验电压。若电感线圈及引线是绝缘杰出的，它首要取决于电容器CX的耐压;另一种是加在沟通进线任一端与机壳地之间，即线—地实验电压。它首要取决于CY的耐压。
漏电流和实验电压都是噪声滤波器的安全功能参数，是滤波器中电感线圈、绝缘和电容器CX、CY安全功能的具体表现，而且与设备及人身安全严密相关。因而在电网噪声滤波器的规划、出产和运用中，都要特别加以注重，把这些技能参数的认证和查验放在首位。
7、滤波器的技能参数及正确运用
(1)刺进损耗是噪声滤波器的重要技能参数之一，在规划和选用时应予首要考虑。在滤波器的安全、惯例电气功能、环境及机械等条件都满足要求时，应尽量挑选刺进损耗值大些。
刺进损耗的界说如图3所示，当没接滤波器时，信号源输出电压为V1，当滤波器接入后，在滤波器输出端测得信号源的电压为V2。若信号源输出阻抗与接收机输入阻抗持平，都是50Ω，则滤波器的刺进损耗为：IL=20log(V1/V2)(1)
由于电源噪声滤波器能衰减共模和差模噪声，所以它即有共模刺进损耗，又有差模刺进损耗。
但在实践选用滤波器时，应留意产品手册给出的刺进损耗曲线，都是依照规范规则，在其输入和输出阻抗都为50Ω条件下测得的。由于实践的滤波器两头阻抗纷歧定在全频率规模内是50Ω，所以它对EMI信号的衰减，并不等于产品手册中给出的刺进损耗值。特别当运用装置不其时，还会远远小于规范给定的刺进损耗。
(2)电源噪声滤波器是一种具有互易性的无源网络。在实践运用中为使它有用地按捺噪声应合理配接。按图4所示组合来挑选滤波器的网络结构和参数，才干得到较好的EMI按捺作用。
当滤波器的输出阻抗与负载阻抗不持平时，在此端口上会发生反射，两个阻抗相差越大，端口发生的反射也越大。当滤波器两头阻抗都与外部阻抗不持平时，则EMI信号将在其输入和输出端都发生反射。这时电源滤波器对电磁搅扰噪声的衰减，就与滤波器固有的刺进损耗和反射损耗有关，可利用这点更有用地按捺电磁搅扰噪声。在实践规划和挑选运用EMI滤波器时，要留意滤波器阻抗的正确衔接，以形成尽或许大的反射，使滤波器在很宽的频率规模内形成较大的阻抗失配，然后得到更好的电磁搅扰按捺功能。
(3)在电源滤波器的实践运用中，要求其外壳与体系地之间有杰出的电气衔接，且应使接地线尽量短，由于过长的接地线会加大接地电阻和电感，而严峻减少滤波器的共模按捺才能，一起也会发生公共接地阻抗耦合的问题。如图5所示，接地线过长，则滤波器输入和输出之间的公共耦合阻抗Zg也过大，负载上电压为：V0=VZ+Vg=VZ+(Ii-IO)Zg(2)式中：Ii为滤波器沟通输入电路的噪声电流;IO为滤波器输出电路的噪声电流。
由式(2)可知，电磁搅扰信号通过滤波器衰减后，在输出端的噪声电流大巨细于输入端的噪声电流，即公共接地阻抗引起的压降(Ii-IO)Zg将很大，在Zg大将发生一个很高的电磁搅扰电压，通过公共接地回路耦合到滤波器的输出端，然后大大削弱噪声滤波器对EMI噪声的按捺才能。
减小公共阻抗耦合的最好办法，便是凭借设备的电磁屏蔽，把噪声滤波器的输入端与输出端隔脱离，一起滤波器的接地线要尽量短，这样既把滤波器输入与输出端间存在的电磁耦合降到最低程度，又不损坏设备的屏蔽结构关于电磁搅扰噪声的按捺作用。
抱负的电源噪声滤波器装置办法如图6所示。
(4)综上所述，电源噪声滤波器的运用应留意如下几点：
①滤波器应尽量接近设备沟通电入口处装置，应使未通过滤波器的沟通进线在设备内尽量短;
②滤波器中的电容器引线应尽或许短，避免引线感抗和容抗在较低频率上发生谐振;
③滤波器接地线上有大的电流流过，会发生电磁辐射，应对滤波器进行杰出的屏蔽和接地;
④滤波器的输入线和输出线不能捆扎在一起，布线时尽量增大其间间隔，以减小它们之间的耦合，可加隔板或屏蔽层。
8、结语
电磁搅扰滤波器的规划和选用，首要依据噪声搅扰特性和体系电磁兼容性的要求，在了解电磁搅扰的频率规模，估量搅扰的大致量级的基础上进行。首要要了解滤波器的运用环境(运用电压、负载电流、环境温湿度、振荡冲击、装置办法和方位等)，要要点考虑其安全功能参数，由于关系到设备及人身安全。还要使滤波器对EMI噪声发生最佳的按捺作用。应根据接入电路的要求，以发生最大阻抗不匹配的准则来挑选滤波器的网络结构和参数。为了取得最佳的电磁噪声衰减特性，滤波器应该正确地装置在电子设备上。
