開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器設計

摘要：分析了一種典型的開(kāi)關(guān)電源電路，利用Pspice軟件對其傳導電磁干擾進(jìn)行仿真研究，以TDK公司提供的元器件模型，提出了一種二階無(wú)源EMI濾波器，完全消除了電路輸出信號中的尖峰干擾，抑制了開(kāi)關(guān)電源電路中的共模、差模噪聲。同時(shí)，研究源和負載理想、非理想阻抗特性對濾波器插入損耗的影響，具有一定的意義。
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；寄生參數；尖峰干擾；TDK

開(kāi)關(guān)電源以其體積小、重量輕、效率高、性能穩定等方面的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于工業(yè)、國防、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。然而，開(kāi)關(guān)電源中功率半導體器件的高速通斷及整流二極管反向恢復電流產(chǎn)生了較高的du／dt和di／dt，它們產(chǎn)生的尖峰電壓和浪涌電流成為開(kāi)關(guān)電源的主要干擾源。文中給出的電源濾波器元件主要基于TDK公司提供的模型，該模型考慮了元件的高頻寄生參數，更符合工程應用。

1 開(kāi)關(guān)電源EMI產(chǎn)生機理
1．1 開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾源
(1)開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生干擾。開(kāi)關(guān)管導通時(shí)由于開(kāi)通時(shí)間很短及回路中存在引線(xiàn)電感，將產(chǎn)生較大的du／dt和較高的尖峰電壓。開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)間很短，也將產(chǎn)生較大的di／dt和較高的尖峰電流，其頻帶較寬而且諧波豐富，通過(guò)開(kāi)關(guān)管的輸入輸出線(xiàn)傳播出去形成傳導干擾；
(2)整流二極管反向恢復電流引起的噪聲干擾。由于整流二極管的非線(xiàn)性和濾波電容的儲能作用，二極管導通角變小，輸入電流成為一個(gè)時(shí)間很短，而峰值很高的尖峰電流，含有豐富的諧波分量，對其他器件產(chǎn)生干擾。二級濾波二極管由導通到關(guān)斷時(shí)存在一個(gè)反向恢復時(shí)間。因而，在反向恢復過(guò)程中由于二極管封裝電感及引線(xiàn)電感的存在，將產(chǎn)生一個(gè)反向電壓尖峰，同時(shí)產(chǎn)生反向恢復尖峰電流，形成干擾源；
(3)高頻變壓器引起EMI問(wèn)題。隔離變壓器初、次級之間存在寄生電容，這樣高頻干擾信號很容易通過(guò)寄生電容耦合到次級電路，同時(shí)由于繞制工藝問(wèn)題在初、次級出現漏感將產(chǎn)生電磁輻射干擾。另外，功率變壓器電感線(xiàn)圈中流過(guò)脈沖電流而產(chǎn)生電磁輻射，而且在負載切換時(shí)會(huì )形成電壓尖峰；
(4)二次整流回路干擾。開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)二次整流二極管、變壓器次級線(xiàn)圈和濾波電容形成高頻回路，向空間輻射噪聲；
(5)元器件寄生參數引起的噪聲。主要是開(kāi)關(guān)管與散熱片、變壓器初、次級的分布電容及其漏感形成的干擾。
1．2 共模、差模傳導干擾路徑
共模干擾主要為相、中線(xiàn)干擾電流通過(guò)M1漏極與散熱片之間的耦合電容通過(guò)接地線(xiàn)形成回路，差模干擾則在相線(xiàn)與中線(xiàn)間形成回路，干擾路徑如圖1所示。

參閱資料對比發(fā)現，如果將設計的EMI濾波器置于電網(wǎng)電源與Lisn之間，可以濾除來(lái)自交流電網(wǎng)的傳導性性電磁干擾，但是并沒(méi)有考慮開(kāi)關(guān)電源電路中的傳導性共、差模電磁干擾和輸出信號中的強尖峰干擾。因此，有必要在開(kāi)關(guān)電源輸出端添加EMI濾波器用來(lái)進(jìn)行干擾抑制，如圖2即文中提出的開(kāi)關(guān)電源相對應的二階無(wú)源EMI濾波器結構。其中，開(kāi)關(guān)電源輸出為DC 30 V±1％。