电磁干扰 EMI 及其抑制技术 课程报告 院系：电气工程系 专业：电力电子与电力传动 学号：03S006115 姓名：王 世 德 开关电源 EMI 滤波器的设计 王 世 德 1．引言 从70 年代开始, 开关电源得到迅速普及与应用, 如今已经广泛地用于计算机、通信设 备、控制设备、家用电器等电子设备中 开关电源与线性电源相比, 具有效率高、功耗小、 体积轻、尺寸小等特点但是, 由于开关电源中采用开关、逆变等电路, 在工作过程中将产 生较强的电磁干扰和高次谐波噪声 这些噪声干扰将会污染周边的电磁环境, 也干扰自身的 正常工作 因此, 电磁干扰的抑制问题是开关电源普及中面临的新问题, 也是开关电源工 程设计人员亟需解决的问题 2． 开关电源产生电磁干扰的机理 众所周知， 电网会携带人们所不期望的共模和差模干扰， 架空输电线在传输中会受到周 围空间电磁环境的辐射，火线、中线和安全地上所感应信号的幅值和相位几乎相等由于安 全地线要和大地相接，所以形成（火线）P、（中线）N—（安全地）E之间的共模干扰见 图1（a）共用同一输电线的不同设备，当某一设备进行开关操作时，火线和中线之间会造 成幅值大致相等而相位相反的差模干扰， 给处于同一输电线上的其他设备也带来差模干扰见 图1(b) 。
因此，视设备对主扰敏感程度的不同来设计和选择不同的电源滤波器在设备的 电源输入端必须安装相应的电源滤波器，用来抑制共模和差模干扰 图1 输电线上的共模和差模干扰的形成 ‘ 过去电网受开关操作的干扰只是一种偶然的现象， 而自从应用开关电源之后， 就变成一种必然的现象了开关电源产生干扰的原理可简述如下：BOOST 变换器处于关断状态的电 路拓扑如图2(a)所示，开关管理和散热器之间的分布电容、变压器原副边之间的分布电容、 和原、副边的漏感、在导通期间存储的能量，当开关管由导通变换为关断时，这些储能通过 分布电容向电网的火线和中线释放，并形成衰减震荡它们的公共点是地线，所以对电网形 成P、N—E 共模干扰BOOST 变换器处于导通状态的电路拓扑如图2（b）所示，开关管处 于正常工作状态，回路阻抗所形成的开关脉冲电压通过整流桥叠加在电网P、N 两端构成差 模干扰 图2(a) 开关电源共模发射路径 图2(b ) 开关电源差模发射路径 3．EMI电源滤波器的基本原理 EMI电源滤波器是一种有电感、 电容组成的低通滤波器， 它允许直流或50HZ的信号通过， 对频率较高的其它信号和干扰信号有较大的衰减作用。
由于干扰信号有差模和共模两种， 因 此电源滤波器要求对这两种干扰都有很好的衰减作用 其实质是LC无源网络 （特别要主意千 万不能用有源网络作为EMI电源滤波器），它利用阻抗失配的原理，使电磁干扰信号得到衰 减滤波器的滤波效果取决于阻抗失配的程度，阻抗差别越大（失配越大），滤波器的效果 越好为了得到较好的滤波效果，对低阻抗的电源侧应使用输入阻抗高的滤波器，而对于高输入阻抗的负载侧，则应使用低输出阻抗的滤波器其基本原理如图3.1所示 在图3.1中，C1、C2是滤出共模干扰信号，C3、C4是滤出差模干扰信号 图3.1 EMI电源滤波器的基本原理图 (a) 共模电流情况 (b) 差模电流情况 图3.2 绕制电感线圈的两种情况 电感线圈L，绕制成共模扼流圈或差模扼流圈的形式，如图3.2所示当负载电流流过 共模扼流线圈时，串联在火线（直流时为电源正端）上的线圈所产生的磁力线和串联在零线 （直流时为电源负端）上的线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消，因此在 大电流的情况下，磁芯不会饱和，属于共模干扰电流两个线圈产生的磁场是同一个方向， 会有较大的电感，从而起到衰减干扰信号的作用 4．开关电源EMI滤波器的设计 4.1 开关电源共模干扰等效电路 如图4.1所示， 开关管1V由导通变为截止状态时， 其集电极电压会马上变为一个高电压，这个突变电压会引起图4.1中2cmI向1V集电极到地之间的分布电容2pC充电， 这个突变电压还生成电流1cmI向高频变压器初、次级间的分布电容，形成共模电流（1cmI+ 2cmI）。
其充电频率就是开关电源的工作频率（即脉冲重复频率）其中，2pC与开关管的结构有关，而1pC的数值视高频变压器的具体结构和工艺而定因此可知，共模干扰电流的流动方向有两条：一条沿着电源正极接地；另一条电源负极接地LISN表示测试等效电路时连接线路阻抗 稳定网络 4.2 开关电源差模干扰等效电路 如图4.2所示，当1V导通时，差模电流dmI和电源电流LI都沿着导线、变压器及开关管回到电流负极上当1V截止时，1V视为开路，这时LI数量很小，并且也对差模电流dmI是高阻抗的因此， 差模电流是沿着电源正极到电源负极方向流动的 图 4.1 图 4.2 4.3 开关电源EMI滤波器的设计 要使EMI滤波器对EMI信号有最佳的衰减特性， 设计与开关电源共模、 差模噪声等有效电路端 接的EMI滤波器时，就要分别设计抗共模干扰滤波器和抗差模干扰滤波器才能收到满意的效 果 4.3.1 抗共模干扰的滤波器设计 电感器是在同一磁环上由两个绕向与匝数都相同的绕组构成 当信号电流在两个绕组流 过时，产生的磁场恰好抵消，它可几乎无损耗地传输信号。
因此，共模电流可以认为是地线的等效干扰电压gU所引起的干扰电流当它流经两个绕组时，产生的磁场同相叠加，电感器对干扰电流呈现较大的感抗，由此起到了抑制地线干扰的作用电路如图4.3所示 图 4.3 信号源至负载LR连接线的电阻为1CR、2CR，电感器自感为1L、2L，互感为M，设两绕组为紧耦合，则得到1L=2L=M由于1CR和LR串联且1CR<
这种低通滤波器主要是设置电路截止频率cf的值达到有效地抑制差模传导干扰的目的 图 4.4 5．结论 电源EMI滤波器的加入可以有效地抑制电源线上的传导干扰电平，并且可以说明电源 EMI滤波器在其它方面也同样具有作用，可以帮助电子设备改善电磁兼容环境 参考文献 1. 陈淑凤，卫星有效载荷的电磁兼容问题研究. 空间电子技术，2，1992 2. 电磁波的吸收、屏蔽. NEC技报：1993.9, P45 3. 白同云，电磁兼容设计[M]. 北京：邮电大学出版社，2001 4. 叶慧贞，颖开关稳压电源. 北京：国防科技出版社，1999 5. 包勇强、马庆等， 《我国部分城市交通信号控制机调查》 ，深圳， 《中国公共安全》杂志 2001年第2期 6. 陈伟华， 《电磁兼容实用手册》 ，北京，机械工业出版社，1998 。