开关电源的EMI滤波器

   开关电源通常是将工频交流电整流为直流电, 然后经过开关管的控制使其变为高频, 再经过整流滤波电路输出, 得到稳定的直流电压。工频整流滤波使用大容量电容充、放电, 开关管高频通断, 输出整流二极管的反向恢复等工作过程中产生了极高的di/ dt和du/dt , 形成了强烈的浪涌电流和尖峰电压, 它是开关电源电磁干扰产生的最基本原因。另外, 开关管的驱动波形, MOSFET漏源波形等都是接近矩形波形状的周期波。因此, 其频率是MHz 级别的, 这些高频信号对开关电源的基本信号, 特别是控制电路的信号造成干扰。

   EMI滤波器是一种双向滤波器,是由电容和电感构成的低通滤波器,既能抑制从交流电源线上引入的外部电磁干扰,还可以避免本身设备向外部发出噪声干扰。

   开关电源的干扰分为差模干扰和共模干扰,在线路中的传导干扰信号,均可用差模和共模信号来表示。差模干扰是火线与零线之间产生的干扰,共模干扰是火线或零线与地线之间产生的干扰。

 抑制差模干扰信号和共模干扰信号普遍有效的方法就是在开关电源输入电路中加装电磁干扰滤波器。EMI滤波器的电路结构包括共模扼流圈(共模电感)L,差模电容Cx和共模电容Cy。

   共模扼流圈应选用磁导率高,高频性能好的磁芯。共模扼流圈的电感值与额定电流有关。差模电容Cx通常选用金属膜电容,取值范围一般在0.1~1μF。Cy用于抑制较高频率的共模干扰信号,取值范围一般为2200~6800pF,常选用用自谐振频率较高的陶瓷电容。

  取差模电容Cx为0.1μF,共模电容Cy为2200pF,共模电感L取8mH。三端电容的等效串联电感ESL取0.36nH。在50 Ω/50 ΩQ系统中分别对一般结构的EMI滤波器和使用了三端电容器的EMI滤波器的插入损耗进行PSpice仿真。EMI滤波器在使用三端电容时,谐振点之后的插损效果明显好于在滤波器中使用两端电容的插损。提高了滤波器在高频段的性能。

  在一般性能EMI滤波器的基础上,使用三端电容器作为共模电容对原滤波器加以改进,仿真结果表明,在高频段有较好的插损效果。由于实际使用时设备的阻抗大小以及在高频时元件的寄生效应均会对EMI滤波器的插损产生影响,因此还需根据实际情况对滤波器进行具体优化设计。

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