電源EMI濾波器的結(jié)構(gòu)和工作原理及電路圖說(shuō)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(wú)源雙向網(wǎng)絡(luò)，是一種對(duì)電源中特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電氣設(shè)備。

電源濾波器是針對(duì)電源端口電磁騷擾的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)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(shí)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(fù)載阻抗嚴(yán)重不匹配，從而把不希望的頻率分量發(fā)射回噪聲源。

當(dāng)我們選用電源濾波器時(shí)，應(yīng)主要考慮三個(gè)方面的指標(biāo)：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(guò)灌封處理的，因此環(huán)境特性不是主要問(wèn)題。但是所有的灌封材料和濾波電容器的溫度特性對(duì)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(diǎn)，電源EMI噪聲濾波器是一種無(wú)源低通濾波器，它無(wú)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(shí)又能有效地抑制電源設(shè)備產(chǎn)生的EMI噪聲，阻止它們進(jìn)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(wú)源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)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(dāng)于這二者的EMI噪聲之間加上一個(gè)阻斷屏障，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)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(guò)大，否則容易引起濾波器甚至機(jī)殼漏電的危險(xiǎn)。L為共模扼流圈，它為同向繞在同一個(gè)鐵氧體環(huán)上的一對(duì)線圈，電感量約為幾毫亨（mH）。對(duì)于共模干擾電流，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(hào)的作用；而對(duì)于差模信號(hào)（在這里是低頻電源電流），兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(wú)源濾波和有源濾波兩大類。無(wú)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(dòng)成分的大小用脈動(dòng)系數(shù)S來(lái)表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。

脈動(dòng)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(fù)載側(cè)的阻抗適配越大，對(duì)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(guò)二極管整流之后，方向單一了，但是大?。娏鲝?qiáng)度）還是處在不斷地變化之中。這種脈動(dòng)直流一般是不能直接用來(lái)給無(wú)線電裝供電的。要把脈動(dòng)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(shuō)，濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中的波動(dòng)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(jìn)來(lái)的中短波段的高頻噪聲干擾；圖中兩只對(duì)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(dāng)50Hz電流流經(jīng)共模電感時(shí)，由于進(jìn)線與出線產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，相互抵消，不會(huì)產(chǎn)生壓降，但共模電感對(duì)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(dāng)有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時(shí)，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1組成的電路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓超過(guò)其工作電壓時(shí)，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過(guò)大，F(xiàn)1、F2、F3會(huì)燒毀保護(hù)后級(jí)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(duì)輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。當(dāng)電源開啟瞬間，要對(duì)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(shí)能量全消耗在RT1電阻上，一定時(shí)間后溫度升高后RT1阻值減小（RT1是負(fù)溫系數(shù)元件），這時(shí)它消耗的能量非常小，后級(jí)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(duì)輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)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(jī)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(dāng)C6上的電壓充至Z1的穩(wěn)壓值時(shí)Q2導(dǎo)通。如果C8漏電或后級(jí)電路短路現(xiàn)象，在起機(jī)的瞬間電流在RT1上產(chǎn)生的壓降增大，Q1導(dǎo)通使Q2沒(méi)有柵極電壓不導(dǎo)通，RT1將會(huì)在很短的時(shí)間燒毀，以保護(hù)后級(jí)電路。

分析電源濾波器電路應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）分析濾波電容工作原理時(shí)，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(dòng)性直流電壓時(shí)對(duì)濾波電容充電，當(dāng)沒(méi)有單向脈動(dòng)性直流電壓輸出時(shí)，濾波電容對(duì)負(fù)載放電。

（2）分析濾波電感工作原理時(shí)，主要是認(rèn)識(shí)電感器對(duì)直流電的電阻很小、無(wú)感抗作用，而對(duì)交流電存在感抗。

（3）進(jìn)行電子濾波器電路分析時(shí)，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(jìn)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(guò)負(fù)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(méi)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。