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1、主讲教师：陈恒林主讲教师：陈恒林Email: TEL：15958125306电磁兼容设计概论 第十讲电磁兼容设计概论 第十讲第十讲 干扰滤波技术第十讲 干扰滤波技术 10.1 滤波器元件 10.2 EMI滤波器的设计原则 10.3 交流线上的EMI滤波器设计方法 10.4 滤波器的高频特性 10.5 EMI滤波器的布局和装配典型EMI滤波器CMCMDMDMDM1DM2CM2CM1电源电源EMI滤波器在开关电源中的应用滤波器在开关电源中的应用ZnZmUm电源CgCTrChCfDC/DC变换器CCCCLCdL噪声滤波器10.1 滤波器元件 安规电容 安规电容是指用于这样的场合， 即电容器失效后，不
2、会导致电 击，不危及人身安全。它包括了X 电容和Y电容。X电容是跨接在电力线两线（L-N）之间的电容 ，一般选用金属薄膜电容。X电容抑制差模干扰。 Y电容是分别跨接在电力线两线和地之间（L-E， N-E）的电容， Y电容抑制共模干扰。 X电容底下又分为X1, X2, X3 X1耐高压大于2.5 kV, 小于等于4 kV X2耐高压小于等于2.5 kV X3耐高压小于等于1.2 kV Y电容底下又分为Y1, Y2,Y3,Y4 Y1耐高压大于8 kV Y2耐高压大于5 kV Y3耐高压 n/a Y4耐高压大于2.5 kV 共模扼流圈特点：工作电流在磁芯中产生的 磁力线方向相反，并且强度相同 ，刚好
3、抵消，因此磁芯不容易饱 和。制作方法：电流的去线和回线要满足电流在磁 芯中产生的磁力线抵消的条件。对于没有很高 绝缘要求的信号线，可以采用双线并绕的方法 绕制，对于交流电源线，考虑到绝缘要求，必 须分开绕制。共模扼流圈的差模电感 理想的共模扼流圈的两根导线上产生的磁通完全 抵消，磁芯永远不会饱和，并且对差模电流没有 任何影响。但实际的共模扼流圈两组线圈产生的 磁力线不会全集中在磁芯中，而会有一定的漏 磁，因此会带来一定的差模电感。 由于差模电感的存在，共模扼流圈对差模干扰有 一定的抑制作用。在设计滤波器时，可以将这些 因素考虑进来。 漏磁通会导致磁芯饱和。 影响差模电感的因素：线圈的绕制方法、
4、线圈周 围物体的磁导率。共模扼流圈的漏磁通电源电源EMI滤波器滤波器 电源电源EMI滤波器允许 的最大串联电感滤波器允许 的最大串联电感LmaxmmmaxmaxIf2UL=6mmg y10f2UIC=max maxmax21gmmmUILCIU=EMI滤波器中的y电容器造 成漏电流可能危及人身安全(nF)ZmZnUm+UnIy CyZRiCiIgIg IhICIR)A()(m10Cf2UIIIII6 ymmy2 y2 c2 Rg=+= 电源电源EMI滤波器允许 的最大滤波电容滤波器允许 的最大滤波电容Cy 设计EMI滤波器时，应按最差阻抗失配 情况设计。 电源EMI滤波器对串联电感和并联电容
5、的大小有严格的限制 EMI滤波器的实际效果还与它的内部结 构、接地、元件和电缆线安排、屏蔽的 结构密切相关。10.2 EMI滤波器的设计原则滤波器的插入损耗1220lgVILV=式中：V1-不接滤波器时，从噪声源传送到负载阻 抗上的电压(V)； V2-接滤波器时，噪声源在同一负载阻抗上建 立的电压(V)； IL-插入损耗(dB)。( )ksourse sourse kZZAZAZAAVVHsin2221 sin12 11121+=传递函数：插入损耗：11sin1221sin22sin20lgksourseksoursesoursekA ZAA ZZA ZILZZ+=+Aij为二端口网络的传输参
6、数EMI滤波器的设计步骤 测量噪声源阻抗Zsource； 测量接收器阻抗Zsink； 测量标准所指定带宽范围内噪声频谱 （包括差模和共模）并且检测哪个噪声是 主要的； 为选定的噪声制订特定频率（fstop）下的 衰减系数(Hstop)； 选择滤波器拓扑并计算出元件参数值。EMI滤波器与信号滤波器的差异 滤波器不是工作在阻抗匹配情况； 噪声抑制是在很宽的频率范围内实现的，此时 滤波元件可能会由于谐振现象而改变工作状态； 电源的类型（直流或交流）对滤波器元件的选 择有很大的影响； 滤波器的大小尺寸在实际应用中是个很重要的 因素。 因为这些因素，EMI滤波器的设计往往是基于经 验和猜测完成的，这就造
7、成滤波器不能充分实现 优化设计，还可能导致滤波器设计体积过大。EMI滤波器的阻抗匹配网络 借助于在EMI滤波器的输入和输出部分插入适当 的匹配网络，可以将源阻抗和负载阻抗不匹配而 引起的不良影响削弱到可接受的程度。lllllggggg阻抗失配情况下低阶滤波器结构阻抗失配情况下高阶滤波器结构lgggggllll10.3 交流线上的交流线上的EMI滤波器设计方法滤波器设计方法?Design flow chart of EMI filterEMI滤波器设计方法滤波器设计方法 1、测量并分离原始噪声中的差模、共模噪 声； 2、计算所需要的滤波器衰减量； 3、确定EMI滤波器拓扑结构； 4、确定滤波器的
8、转折频率点； 5、根据转折频率，计算滤波器元件值。A 43-W Flyback Converter无滤波器时的无滤波器时的EMI噪声噪声找出滤波器的转角频率找出滤波器的转角频率?根据无滤波器时的根据无滤波器时的EMI频谱和频谱和EMI 限值，画出衰减量限值，画出衰减量-频率曲线，再根 据两级滤波器频率曲线，再根 据两级滤波器40dB/10倍频的斜率 画曲线，与衰减曲线相切，找出最 小的转角频率。倍频的斜率 画曲线，与衰减曲线相切，找出最 小的转角频率。设计设计EMI滤波器滤波器共模滤波器参数计算共模滤波器参数计算差模滤波器参数计算差模滤波器参数计算EMI滤波器参数确定滤波器参数确定?采用滤波器
9、后的采用滤波器后的 EMI测试结果测试结果10.4 滤波器的高频特性EMI滤波器中的高频寄生效应EMI滤波器中的高频寄生效应?EMI滤波器预测的三个层次滤波器预测的三个层次106107-200-180-160-140-120-100-80-60-40Frequency/HzInsertion loss/dB?将滤波器元件视作理想元件，满足最低频率要求将滤波器元件视作理想元件，满足最低频率要求?模型包含滤波器元件自身寄生参数模型包含滤波器元件自身寄生参数?模型不仅包含自身寄生参数，还包含近场耦合参数模型不仅包含自身寄生参数，还包含近场耦合参数L1L2CCMCCMCDMCDMEMI滤波器的近场耦合
10、C1C2Lp1Lp2EPC+CpEPRESR1ESR2ESL2ESL1M1M2M3L-M7M4M5M6M8M910.510.5 EMI滤波器的布局和装配滤波器的布局和装配EMI滤波器应当安装在尽量靠近欲抑制噪声的端子处滤波器应当安装在尽量靠近欲抑制噪声的端子处; 两个工作限制条件：能正常连续工作的条件和极限工作条 件两个工作限制条件：能正常连续工作的条件和极限工作条 件; 必须十分注意它们的有效冷却，并尽量使它们与滤波电容 器远离。必须十分注意它们的有效冷却，并尽量使它们与滤波电容 器远离。 低次谐波较强，因此可能引起明显的音频噪声。所以，应 将低次谐波较强，因此可能引起明显的音频噪声。所以，
11、应 将EMI滤波电感线圈进行浸渍处理，将铁芯胶合，再用有弹 性的紧固物将滤波电感线圈进行浸渍处理，将铁芯胶合，再用有弹 性的紧固物将EMI滤波电感器紧固，以减小这种噪声。滤波电感器紧固，以减小这种噪声。不好的接地线方式好的接地线方式在正确安排在正确安排EMI滤波器内部的元件位置时，应主 要考虑三个方面的问题：滤波器内部的元件位置时，应主 要考虑三个方面的问题：滤波电感器的杂散磁场滤波电感器的杂散磁场;滤波电容器的引线走向滤波电容器的引线走向;滤波电容器的接地。滤波电容器的接地。讨论题讨论题 如果设计的滤波器不能滤除开关电源的高 频段传导EMI，怎么办呢？ Flyback电路中Y电容应用于抑制共模干扰 无接地线情况下EMI滤波器的结构 三相EMI滤波器的设计
