濾波電感在電源抗干擾中的應(yīng)用分析

摘要：從磁性材料的角度指出了共模與差?？垢蓴_濾波器中電感材料的選擇原則。指出必須根據(jù)干擾信號(hào)的類型（共模或差模）選取對(duì)應(yīng)的磁性材料，并按照所需抑制頻段研制該材料的磁性能，使之適合該抑制頻段需要，只有這樣才能得到最佳的抗干擾效果。最后本文指出由于開關(guān)電源的微型化，促進(jìn)抗干擾電感器件向片式化和薄式化的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電磁干擾（EMI）電磁兼容（EMC）共模、差模抗干擾濾波器

Application of Filter Inductanceto Antijamm in gin Power Supply

Abstract: The selection principles of common mode and differential mode anti jamming inductance filter material is pointed out at the field of magnetic materials in this paper. To obtain the best effect of anti jamming,the materials are selected basing on the type of jamming signal (common mode or differential mode), and the materials must be developed according to blanketing frequency. At last this paper clarifies that microminiaturization of switching power supply advances the development of sheet and thin filter inductance.

Keyword: Electromagnetic Interfering (EMI)， Electromagnetic Compatibility (EMC)， Common mode anti jamming filter， and differential mode anti jamming filter

中圖法分類號(hào)：TN97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：02192713(2000)0838205

　　1引言隨著開關(guān)電源類的數(shù)字電路的普及和發(fā)展，電子設(shè)備輻射和泄漏的電磁波不僅嚴(yán)重干擾其他電子設(shè)備正常工作，導(dǎo)致設(shè)備功能紊亂、傳輸錯(cuò)誤、控制失靈，而且威脅著人類的健康與安全，已成為一種無形污染，并不遜色于水、空氣、噪聲等有形污染的危害。因此降低電子設(shè)備的電磁干擾(EMI)已成為世界電子行業(yè)關(guān)注的問題。為此歐洲共同體有關(guān)EMC委員會(huì)制定有關(guān)法令于1992年1月1日開始實(shí)施，歷時(shí)4年后于1996年1月1日最終生效。該法令指出凡不符合歐洲和國(guó)際EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的產(chǎn)品一律不得進(jìn)入市場(chǎng)銷售，違者重罰，同時(shí)把EMC認(rèn)證和電氣安全認(rèn)證作為一些產(chǎn)品認(rèn)證的首要條件。此舉引起世界電子市場(chǎng)巨大的震動(dòng)，EMC成為影響國(guó)際貿(mào)易一個(gè)重要的指標(biāo)。為了與國(guó)際接軌，我國(guó)也相繼制定了有關(guān)EMC法規(guī)。為此我國(guó)多次召開電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與論證會(huì)，建議自1997年1月1日起在市場(chǎng)上流通的電子設(shè)備必須制定、設(shè)計(jì)對(duì)無線電干擾的抑制措施，安置抑制元器件，使產(chǎn)生的電磁干擾不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電平。于2001年1月1日起凡進(jìn)入市場(chǎng)產(chǎn)品必須有EMC標(biāo)志。這是我國(guó)電子產(chǎn)品參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的第一步。

2抗干擾濾波器特征

表1RS，RL類別和大小

抗干擾濾波器與通常的信號(hào)濾波器之間有著概念上的區(qū)別。信號(hào)濾波器是在阻抗匹配的條件下工作，即通過濾波器要保持輸入與輸出信號(hào)振幅不變?yōu)榍疤幔瑢⑵渲胁糠诸l域作預(yù)期的處理和變換。而EMI濾波器用于抑制進(jìn)入設(shè)備與出自設(shè)備的電磁干擾，具有雙向抑制性。因此這就要求EMI濾波器的端口處與設(shè)備產(chǎn)生最大失配。這樣才能使濾波器對(duì)電磁干擾的衰減等于自身網(wǎng)絡(luò)的衰減再加上輸入和輸出端口所產(chǎn)生的反射，必須遵循如下規(guī)律，見表1。其中Rs為電網(wǎng)輸入阻抗，隨著電量大小而變化；RL是EMI濾波器的輸出阻抗，隨負(fù)載大小而變。

從電學(xué)角度來說只有阻抗不匹配的條件下才能在濾波器內(nèi)產(chǎn)生最大的吸收(或損耗)，用EMC俗語(yǔ)稱之為“濾波器插入損耗”。EMI濾波器主要是消除或降低傳導(dǎo)干擾。實(shí)際上傳導(dǎo)干擾又分為共模干擾和差模干擾，所謂共模干擾是指相線與地線之間干擾信號(hào)的相位相同、電位相等，而差模干擾是相線間干擾信號(hào)相位差180°(電位相等)。因此濾波電路也分為抗

共模和抗差模干擾電路，參見圖1。

圖1抗共模和抗差模干擾電路

圖中LC1,LC2，Cy1,Cy2構(gòu)成共模濾波電路，LC1,LC2為共模濾波電感，而Ld1,Ld2,Cx1,Cx2構(gòu)成差模電路。共模電感Lc一般數(shù)值0.3mH～38mH，共模電容Cy，只要控制在漏電電流于1mA條 件 下 ， 選擇較大數(shù)值為準(zhǔn)。而差模電感Ld一般在幾十至幾百微亨，其電容應(yīng)選耐壓大于1.4kV的陶瓷或聚酯電容。 Ld1,Ld2差模電感、電容值越大，低頻效果越好。市場(chǎng)上購(gòu)買的EMI濾波器大都是對(duì)共模干擾設(shè)計(jì)的，對(duì)差模 抑 制 效 果 很 差 。 實(shí) 際 上 開 關(guān) 電 源 中 共 模 與 差 模 干 擾 同 時(shí) 存 在 ， 特 別 對(duì) 于 有 源 功 率 因 數(shù) 校 正 電 路 中 差 模 干 擾 的 強(qiáng) 度 很大 。 對(duì) 于 開 關(guān) 電 源 ， EMI濾 波 器 對(duì) 高 頻 的 EMI信 號(hào) 抑 制 比 低 頻 的 EMI傳 導(dǎo) 消 除 容 易 得 多 。 常 常 利 用 共 模 電 感 的 差 值 形 成 的 差 模 電 感 就 能 消 除 300kHz～ 30MHz傳 導(dǎo) 干 擾 電 平 。 設(shè) 計(jì) 和 選 用 濾 波 器 一 定 要 根 據(jù) 電 路 的 實(shí) 際 需 要 而 定 。 首 先 測(cè) 出 傳 導(dǎo) 干 擾 電 平 與 所 規(guī) 定 的 EMC標(biāo) 準(zhǔn) 極 限 比 較 ， 一 般 0.01MHz～ 0.1MHz是 差 模 干 擾 起 主 導(dǎo) 作 用 ， 0.1MHz～ 1MHz是 差 模 與 共 模 干 擾 聯(lián) 合 作 用 ， 而 1MHz～ 30MHz主 要 是 共 模 干 擾 起 作 用 。 根 據(jù) 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 來 判 斷 和 選 擇 對(duì) 超 標(biāo) 信 號(hào) 有 抑 制 作 用 的 濾 波 器 或 器 件 。 當(dāng) 然 實(shí) 際 操 作 相 當(dāng) 復(fù) 雜 ， 要 有 相 當(dāng) 高 的 技 術(shù) 水 平 和 經(jīng) 驗(yàn) 。

3EMI濾波器中電感材料的選擇

降低電子設(shè)備的電磁干擾已成為電子產(chǎn)品是否有市場(chǎng)的關(guān)鍵問題。而軟磁材料已成為EMI濾波器中不可少的元件，并起著舉足輕重的作用?，F(xiàn)在用軟磁材料制成的各種抑制EMI元器件廣泛地應(yīng)用于各種電子電路和設(shè)備之中。這是因?yàn)檐洿挪牧暇哂兴?dú)特的性能，致使其在抗電磁干擾領(lǐng)域發(fā)揮主要作用。然而，電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家希望能得到通用EMI濾波器對(duì)所有的電子設(shè)備都能把干擾降低到標(biāo)準(zhǔn)以下，這是不現(xiàn)實(shí)的。EMI濾波器的設(shè)計(jì)要根據(jù)該電子設(shè)備的EMC標(biāo)準(zhǔn)，即需要衰減EMI信號(hào)的頻段范圍和超標(biāo)電平高低來選擇，特別是其中的軟磁材料。因?yàn)檐洿挪牧戏N類繁多，各有自己的電磁特征。除了基本磁參數(shù)如Bs,μi損耗外，還要利用它們的電特性、電阻率、頻寬、阻抗等。根據(jù)所需衰減干擾信號(hào)范圍，確定對(duì)應(yīng)的濾波電路，然后再精心挑選適合于該頻段的磁性材料，濾波電感才能達(dá)到最經(jīng)濟(jì)和最佳效果。想用一種材料滿足各種抗干擾濾波器是不能達(dá)到預(yù)期效果的，必需選用適合該頻段的磁性材料。從材料的觀點(diǎn)看，EMI濾波器的作用是阻隔不需要的信號(hào)并以發(fā)熱的形式消耗掉，而讓需要的信號(hào)無衰減或幾乎不衰減地通過。值得指出的是以發(fā)熱形式所消耗掉的能量并不是指線圈在電流作用下的焦耳熱（即I2R）。故在繞制線圈時(shí)一定要選用足夠大線徑的銅線，盡量減少這種能量的損耗。從電學(xué)觀點(diǎn)可把濾波器中帶有磁性材料的電感在頻率較低時(shí)等效為純電感L和純電阻R的串聯(lián)，其阻抗Z=R＋jωL。對(duì)于平均直徑為D的圓環(huán)，根據(jù)安培定律和電磁感應(yīng)定律可得到：

e=N1S·dB/dt

H=N1I/l

式中N1，I——為環(huán)形磁芯上激磁線圈匝數(shù)和電流；

S——磁芯截面積；

l——平均磁路長(zhǎng)度（πD）。

用相量表示為：式中μ=μ′－jμ″

磁芯在低頻時(shí)可等效為：Z=R＋jωL=E/Im