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​抑制电磁干扰的电源滤波器设计方案

2022-07-12 17:39
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通常来说,很多电子工程师来抑制电磁干扰(EMI)都是使用电源EMI滤波器,电源EMI滤波器属于无源低通滤波器,可以无衰减地将交流电传输到电源,大大衰减随交流电传入的EMI噪声,也能有效地抑制电源设备产生的噪声。然而很多小白却不知道该如何设计电源EMI滤波器。所以本文将分享一个电源EMI滤波器设计方案。

1、电源EMI滤波器的工作原理

单相交流电网噪声滤波器的基本结构如图所示,是由集中参数元件组成的四端无源网络,主要使用的元件是共模电感线圈L1,共模电容CY1、CY2及差模电容器CX1和CX2。若将此滤波器为例放在电源的输入端,则L1与CY1及CY2分别构成交流进线上两队独立端口之间的低通滤波器,可衰减交流进线上的共模干扰噪声,阻止它们进入电源设备,共模电感L1可以有效地衰减交流进线上的共模噪声,其中两个绕组一般是在闭合磁路的铁氧体磁芯上反向卷绕相同匝数,接入电路后在两个线圈内 交流电流产生的磁通相互抵消,不致使磁芯引起引起磁通饱和,又使这两个线圈的电感的电感值在共模状态下较大且保持不变,但由于绕制工艺和材料差异,这两个绕组并不能完全对称,其差值将形成一个差模电感,这个差模电感与差模电容器CX构成交流进线独立端口间的一个低通滤波器,用来抑制交流进线上的差模干扰噪声,防止电源设备受其干扰。

而图片所显示的电源噪声滤波器是无源网络,具有双向抑制性能,将它插入在交流电网与电源之间,相当于这两者的EMI噪声之间加上一个阻断屏障,起到双向抑制噪声的作用。

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2、电源EMI滤波器的器件选择

共模电感先去哪使用的磁芯有环形、E形和U形等,材料一般采用铁氧体,环形磁芯适用于大电流小电感量,它的磁路比E形和U形常,没有间隙,用较少的圈数可获得较大的电感量,由于这些特点,它具有较佳的频率特性。而E形磁芯的线圈的磁通小,故当电感漏磁有可能影响其他电路或其他电路与共模电感有磁耦合,而不能获得所需要的噪声衰减效果时应考虑采用E形磁芯做成的共模电感。

电源噪声滤波器使用两种电容器——CX和CY,它们在滤波器中的作用不同,还有不同的安全等级要求,因此其性能参数直接与滤波器的安全性能有关。差模电容CX接在交流电进线两端,它上面附加有额定交流电压以外,还会叠加交流进线之间存在的各种EMI峰值电压,所以该电容器的漏压及增瞬态峰值电压的性能要求较高,同时要求该电容器失效后,不能危及后面电路及人身安全。

共模电容CY接在交流电进线与机壳地之间,要求它们在电气和机械性能上,应有足够大的安全余量,万一发生击穿短路,将使设备机充带上危险的交流电,如设备的绝缘或接地保护是小,可能使操作人员遭受电击,甚至危及人身安全,因此对CY电容器的容量要进行限制,使其在额定频率的电压下漏电流小于安全规范值,另外还要求其应有足够的耐压及耐瞬态高峰值电压的余量,并且万一发生电压击穿它应处于开路状态,而不会使设备机壳带电。

综上所述,在设计和选择电源EMI滤波器时,因为工作在高电压、大电流、恶劣的电磁干扰环境中,首先必须考虑所用电感器和电容器的安全性能。对于电感线圈,其磁芯、绕线的材料,绝缘材料和绝缘距离、线圈温升等都应予重视。对于电容器,其电容种类、耐压、安全等级、容量、漏电流等都应有限考虑,特别要求选择经过国际安全机构安全认证的产品。

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