電源EMI濾波器的結(jié)構(gòu)和工作原理及電路圖說明

電源濾波器

電源濾波器，又名“電源EMI濾波器”，或是“EMI電源濾波器”，是一種無源雙向網(wǎng)絡(luò)，是一種對電源中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電氣設(shè)備。

電源濾波器是針對電源端口電磁騷擾的特點而設(shè)計的，一般是由電感、電容、電阻或鐵氧體器件構(gòu)成的頻率選擇性二端口網(wǎng)絡(luò)，實際上是濾波器的一種，按照工作原理稱之為反射式濾波器。它可以在濾波器阻帶內(nèi)提供了高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，使它和噪聲源的阻抗和負載阻抗嚴重不匹配，從而把不希望的頻率分量發(fā)射回噪聲源。

當我們選用電源濾波器時，應(yīng)主要考慮三個方面的指標：首先是電壓、電流，其次是插入損耗，最后是結(jié)構(gòu)尺寸。由于濾波器內(nèi)部一般是經(jīng)過灌封處理的，因此環(huán)境特性不是主要問題。但是所有的灌封材料和濾波電容器的溫度特性對電源濾波器的環(huán)境特性有一定的影響。

電源濾波器結(jié)構(gòu)

根據(jù)電源端口的電磁騷擾特點，電源EMI噪聲濾波器是一種無源低通濾波器，它無衰減地將交流電傳輸?shù)诫娫?，而大大衰減隨交流電傳入的EMI噪聲，同時又能有效地抑制電源設(shè)備產(chǎn)生的EMI噪聲，阻止它們進入交流電網(wǎng)干擾其它電子設(shè)備。

電源濾波器的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示，這是一種無源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對交流和直流電源都適用，具有雙向抑制性能。將它插入在交流電網(wǎng)中與電源之間，相當于這二者的EMI噪聲之間加上一個阻斷屏障，這樣一個簡單的無源濾波器起到了雙向抑制噪聲的作用，從而在各種電子設(shè)備中獲得廣泛的應(yīng)用。

圖中Cx是差模電容器，一般稱為X電容，電容量宜選為0.01-2.22μF，CY1和CY2是共模電容器，一般稱為Y電容，電容量約為幾納法（nF）到幾十納法。C3和C4的電容量不宜選得過大，否則容易引起濾波器甚至機殼漏電的危險。L為共模扼流圈，它為同向繞在同一個鐵氧體環(huán)上的一對線圈，電感量約為幾毫亨（mH）。對于共模干擾電流，兩個線圈產(chǎn)生的磁場是同方向的，共模扼流圈表現(xiàn)出較大的阻抗，從而起到衰減干擾信號的作用；而對于差模信號（在這里是低頻電源電流），兩個線圈產(chǎn)生的磁場抵消，所以不影響電路的電源傳輸功能。

電源濾波器工作原理

電源濾波器常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波（包括倒L型、LC濾波、LCπ型濾波和RCπ型濾波等）。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱作電子濾波器。直流電中的脈動成分的大小用脈動系數(shù)S來表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。

脈動系數(shù)（S）=輸出電壓交流分量的基波最大值/輸出電壓的直流分量

電源濾波器的原理就是一種阻抗適配網(wǎng)絡(luò)：電源濾波器輸入、輸出側(cè)與電源和負載側(cè)的阻抗適配越大，對電磁干擾的衰減就越有效。

具體工作原理如下：交流電經(jīng)過二極管整流之后，方向單一了，但是大?。娏鲝姸龋┻€是處在不斷地變化之中。這種脈動直流一般是不能直接用來給無線電裝供電的。要把脈動直流變成波形平滑的直流，還需要再做一番“填平取齊”的工作，這便是濾波。換句話說，濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可能地減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。

電源濾波器結(jié)構(gòu)

交流電源濾波器電路

交流電源濾波器電路圖

圖中的100H電感、0.1F電容組成高頻濾波器，用于吸收從電源線傳導(dǎo)進來的中短波段的高頻噪聲干擾；圖中兩只對稱的5mH電感是由繞在同一只鐵心兩側(cè)、匝數(shù)相等的電感繞組構(gòu)成的，稱為共模電感，用于吸收因電源波形畸變而產(chǎn)生的諧波干擾；圖中的壓敏電阻用于吸收因雷擊等引起的浪涌電壓干擾。 交流電源濾波器的內(nèi)部電路。

電源濾波器中的共模電感

當50Hz電流流經(jīng)共模電感時，由于進線與出線產(chǎn)生的磁場方向相反，相互抵消，不會產(chǎn)生壓降，但共模電感對共模干擾卻有較大的感抗。

AC輸入整流濾波電路

防雷電路：當有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1組成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F(xiàn)1、F2、F3會燒毀保護后級電路。

輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。當電源開啟瞬間，要對C5充電，由于瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間后溫度升高后RT1阻值減?。≧T1是負溫系數(shù)元件），這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。

整流濾波電路：交流電壓經(jīng)BRG1整流后，經(jīng)C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。

輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。C3、C4為安規(guī)電容，L2、L3為差模電感。R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪涌電路。在起機的瞬間，由于C6的存在Q2不導(dǎo)通，電流經(jīng)RT1構(gòu)成回路。當C6上的電壓充至Z1的穩(wěn)壓值時Q2導(dǎo)通。如果C8漏電或后級電路短路現(xiàn)象，在起機的瞬間電流在RT1上產(chǎn)生的壓降增大，Q1導(dǎo)通使Q2沒有柵極電壓不導(dǎo)通，RT1將會在很短的時間燒毀，以保護后級電路。

分析電源濾波器電路應(yīng)注意以下幾點：

（1）分析濾波電容工作原理時，主要利用電容器的“隔直通交”特性，或是充電與放電特性，即整流電路輸出單向脈動性直流電壓時對濾波電容充電，當沒有單向脈動性直流電壓輸出時，濾波電容對負載放電。

（2）分析濾波電感工作原理時，主要是認識電感器對直流電的電阻很小、無感抗作用，而對交流電存在感抗。

（3）進行電子濾波器電路分析時，要知道電子濾波管基極上的電容是濾波的關(guān)鍵元件。另外，要進行直流電路的分析，電子濾波管有基極電流和集電極、發(fā)射極電流，流過負載的電流是電子濾波管的發(fā)射極電流，改變基極電流大小可以調(diào)節(jié)電子濾波管集電極與發(fā)射極之間的管壓降，從而改變電子濾波器輸出的直流電壓大小。

（4）電子濾波器本身沒有穩(wěn)壓功能，但加入穩(wěn)壓二極管之后可以使輸出的直流電壓比較穩(wěn)定。