電源EMI濾波器的技術(shù)參數(shù)及其選用

　　1 引言

　　近幾年來(lái)，隨著電磁兼容工作的開(kāi)展，電源濾波器技術(shù)應(yīng)用得越來(lái)越廣泛。為了對(duì)電源EMI技術(shù)有更深入的理解，尤其它的技術(shù)原理、選用時(shí)關(guān)注的技術(shù)參數(shù)和注意事項(xiàng)，以及濾波效果分析等。結(jié)合工作，對(duì)電源EMI濾波器選用進(jìn)行深一步探討。

　　2 概述

　　在電子設(shè)備供電電源上，存在有各種各樣的外來(lái)干擾信號(hào)。很多電子設(shè)備本身，在完成其功能同時(shí)，也產(chǎn)生了形形色色的EMI信號(hào)，以及人為和大自然的EMI信號(hào)。這些EMI信號(hào)，通過(guò)傳導(dǎo)和輻射的方式，影響著該環(huán)境里運(yùn)行的電子設(shè)備。

　　2.1電源EMI電磁干擾

　　(美)IBM公司的一項(xiàng)研究表明：一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)裝置每月都會(huì)遭受120多次電源干擾，且電源問(wèn)題是造成美國(guó)45%以上的計(jì)算機(jī)裝置丟失數(shù)據(jù)和發(fā)生故障的根本原因。其中脈沖干擾占39.5%，振蕩瞬變占49%，這兩項(xiàng)共占88.5%，是電源受到干擾的主要成分。電網(wǎng)中的負(fù)載切換、電網(wǎng)切換或其他各種故障都會(huì)使電網(wǎng)發(fā)生瞬變過(guò)程產(chǎn)生脈沖噪聲，它通常也稱瞬變?cè)肼�，其波形是一系列的單個(gè)脈沖或脈沖束。

　　針對(duì)以上電網(wǎng)瞬變電壓的干擾，如何提高設(shè)備(產(chǎn)品)對(duì)EMI的抗擾度，采取有效可靠的措施之一就是EMI濾波器。眾所周知，屏蔽是控制EMI信號(hào)輻射危害的最好幫手。在對(duì)付EMI信號(hào)的傳導(dǎo)干擾和某些輻射傳導(dǎo)干擾方面，電源EMI濾波器是極有效的器件。幾乎所有的電子設(shè)備都要求助于它來(lái)控制其運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的EMI信號(hào)，因而得到非常廣泛的應(yīng)用。

　　電源EMI濾波器，又稱為電磁干擾濾波器、電網(wǎng)濾波器、電網(wǎng)噪聲濾波器等等，或統(tǒng)稱為EMI濾波器。它是一種低通濾波器，把直流、50Hz或400Hz的電源功率毫無(wú)衰減地傳輸?shù)皆O(shè)備上，大大衰減經(jīng)電源傳入的EMI信號(hào)，保護(hù)設(shè)備免受其害;同時(shí)，又能有效地控制設(shè)備本身產(chǎn)生的EMI信號(hào)，防止它進(jìn)入電網(wǎng)，污染電磁環(huán)境，危害其他設(shè)備。電源EMI濾波器是幫助電磁設(shè)備和系統(tǒng)滿足有關(guān)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)不可缺少的器件，如IEC、FCC、VDE、MIL-STD-461、GB9254和GB6833等。如圖1.2典型電源EMI濾波器的濾波曲線。在談及電源EMI濾波器之前，讓我們先來(lái)討論共模(也叫作不對(duì)稱)干擾信號(hào)和差模(也叫作對(duì)稱)干擾信號(hào)。

　　2.2 共模和差模干擾信號(hào)

　　關(guān)于上述各式各樣的EMI信號(hào)對(duì)電子設(shè)備的影響，其中把相線(L)與地線(E)和中線(N)與地線(E)之間存在的EMI信號(hào)稱之為共模干擾信號(hào)，共模干擾信號(hào)可視為在L和N線上傳輸?shù)碾娢幌嗟取⑾辔幌嗤�的信�?hào)。把L和N之間存在的干擾信號(hào)U3稱為差模干擾信號(hào)，也可把它視為在L和N線上有180度相位差的干擾信號(hào)。對(duì)于供電系統(tǒng)的傳導(dǎo)干擾信號(hào)，都可以用共模和差模干擾信號(hào)來(lái)表示。并且也可把L-E和N-E上的共模干擾和。

　　L-N上的差模干擾看作獨(dú)立的EMI源(網(wǎng)絡(luò)端口)，來(lái)分析EMI信號(hào)的特性和設(shè)計(jì)抑制EMI信號(hào)的濾波網(wǎng)絡(luò)。

　　它是由集中參數(shù)元件組成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，最大的網(wǎng)虛線表示濾波器的金屬屏蔽外殼。有兩只電感L1和L2，四只電容器Cx和Cy。即把濾波器的電源端接到被干擾設(shè)備的電源進(jìn)線，濾波器的負(fù)載端接被干擾的設(shè)備，這樣L1和Cy、L2和Cy分別構(gòu)成L-E和N-E兩對(duì)獨(dú)立端口間的L型(反Γ)低通濾波器，用來(lái)抑制供電系統(tǒng)存在的共模EMI信號(hào)。其中，L1和L2構(gòu)成共模扼流圈，由于實(shí)際應(yīng)用中電感L1和L2的電感量是不一定相等的，于是，L1和L2之差便是差模電感Le，它和Cx又構(gòu)成L-N獨(dú)立端口間的一個(gè)∏型低通濾波器，用來(lái)抑制差模EMI信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)供電系統(tǒng)EMI信號(hào)的抑制，保護(hù)電子設(shè)備不受其影響。

　　實(shí)際應(yīng)用中，在電源線中往往同時(shí)存在共模和差模干擾，一般低于1MHz頻率的干擾以差模為主，高于1MHz頻率的干擾以共模為主。因此電源EMI濾波器是由共模濾波電路和差模濾波電路綜合構(gòu)成。

　　3 電源EMI濾波器的選用

　　選擇和使用電源EMI濾波器時(shí)，考慮最主要的特性參數(shù)有額定電壓、額定電流、插入損耗、阻抗搭配、工作環(huán)境條件(溫度等)，下面分別介紹，另外還要考慮體積、質(zhì)量和可靠性等等。

　　3.1 額定電壓

　　額定電壓是電源EMI濾波器用在指定電源頻率時(shí)的工作電壓，也是濾波器最高允許的電壓值。如用在50Hz單相電源的濾波器，額定電壓為250V;用在50Hz三相電源的濾波器，額定電壓為440V。若輸入濾波器的電壓過(guò)高，會(huì)使內(nèi)部電容器損壞。

　　3.2額定電流

　　額定電流(Ir)是在額定電壓和指定環(huán)境溫度條件下所允許的最大連續(xù)工作電流。

　　隨著環(huán)境溫度的升高，或由于電感導(dǎo)線的銅損，磁芯損耗以及周?chē)�環(huán)境溫度等原因?qū)е鹿ぷ鳒囟雀哂谑覝�，這時(shí)候就難以確保插入損耗的性能。我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際可能的最大工作電流和工作環(huán)境溫度來(lái)選擇濾波器的額定電流。

　　除特殊說(shuō)明外，EMI濾波器說(shuō)明書(shū)給出的額定電流均為室溫+25℃(標(biāo)稱溫度)的值，同樣給定的典型插入損耗或曲線也均指+25℃的值。最大工作電流(Imax)、額定電流與溫度之間的存在如下關(guān)系： 字串3

　　式1.0中：Imax為最大工作電流，Ir為室溫下額定工作電流，Tmax為最高的工作溫度+85℃，Ta為實(shí)際工作溫度，Tr為室溫+25℃。根據(jù)式2.0，Imax/Ir與Ta的關(guān)系舉例說(shuō)明：+25℃，Imax=Ir;+45℃，Imax=0.816Ir;+85℃，Imax=0。

　　另外，在國(guó)外一些濾波器公司規(guī)定，+40℃(標(biāo)稱溫度)為工作電流值Ir 。

　　IEC氣候等級(jí)為25/085時(shí)，指定環(huán)境溫度為+40℃(標(biāo)稱溫度)條件下，查取其他環(huán)境溫度所允許的工作電流曲線。

　　影響工作電流和環(huán)境關(guān)系的主要原因之一就是濾波器中的軟磁材料。EMI濾波器一般采用高磁導(dǎo)率軟磁材料錳鋅鐵氧體，初始磁導(dǎo)率μi=7000～10000，但其居里點(diǎn)溫度不高，優(yōu)質(zhì)的僅為130℃左右。磁導(dǎo)率越高，居里點(diǎn)溫度越低，過(guò)居里點(diǎn)后磁導(dǎo)率迅速下降，從而導(dǎo)致濾波器中的電感值下降，嚴(yán)重影響濾波效果。

　　因此要根據(jù)工作溫度來(lái)正確選擇電源濾波器的額定電流，或者改善濾波器的散熱條件(工作環(huán)境)來(lái)確保濾波器的安裝使用。

　　3.3插入損耗

　　3.3.1 插入損耗定義