濾波電感在電源抗干擾中的應用分析

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。指出必須根據干擾信號的類(lèi)型（共?；虿钅＃┻x取對應的磁性材料，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(kāi)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?？垢蓴_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(lèi)號：TN97文獻標識碼：A文章編號：02192713(2000)0838205

　　1引言隨著(zhù)開(kāi)關(guān)電源類(lèi)的數字電路的普及和發(fā)展，電子設備輻射和泄漏的電磁波不僅嚴重干擾其他電子設備正常工作，導致設備功能紊亂、傳輸錯誤、控制失靈，而且威脅著(zhù)人類(lèi)的健康與安全，已成為一種無(wú)形污染，并不遜色于水、空氣、噪聲等有形污染的危害。因此降低電子設備的電磁干擾(EMI)已成為世界電子行業(yè)關(guān)注的問(wèn)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(kāi)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際EMC標準規定的產(chǎn)品一律不得進(jìn)入市場(chǎng)銷(xiāo)售，違者重罰，同時(shí)把EMC認證和電氣安全認證作為一些產(chǎn)品認證的首要條件。此舉引起世界電子市場(chǎng)巨大的震動(dòng)，EMC成為影響國際貿易一個(gè)重要的指標。為了與國際接軌，我國也相繼制定了有關(guān)EMC法規。為此我國多次召開(kāi)電磁兼容標準與論證會(huì )，建議自1997年1月1日起在市場(chǎng)上流通的電子設備必須制定、設計對無(wú)線(xiàn)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(guò)標準規定的電平。于2001年1月1日起凡進(jìn)入市場(chǎng)產(chǎn)品必須有EMC標志。這是我國電子產(chǎn)品參與國際市場(chǎng)競爭的第一步。

2抗干擾濾波器特征

表1RS，RL類(lèi)別和大小

抗干擾濾波器與通常的信號濾波器之間有著(zhù)概念上的區別。信號濾波器是在阻抗匹配的條件下工作，即通過(guò)濾波器要保持輸入與輸出信號振幅不變?yōu)榍疤?，將其中部分頻域作預期的處理和變換。而EMI濾波器用于抑制進(jìn)入設備與出自設備的電磁干擾，具有雙向抑制性。因此這就要求EMI濾波器的端口處與設備產(chǎn)生最大失配。這樣才能使濾波器對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，必須遵循如下規律，見(jiàn)表1。其中Rs為電網(wǎng)輸入阻抗，隨著(zhù)電量大小而變化；RL是EMI濾波器的輸出阻抗，隨負載大小而變。

從電學(xué)角度來(lái)說(shuō)只有阻抗不匹配的條件下才能在濾波器內產(chǎn)生最大的吸收(或損耗)，用EMC俗語(yǔ)稱(chēng)之為“濾波器插入損耗”。EMI濾波器主要是消除或降低傳導干擾。實(shí)際上傳導干擾又分為共模干擾和差模干擾，所謂共模干擾是指相線(xiàn)與地線(xiàn)之間干擾信號的相位相同、電位相等，而差模干擾是相線(xiàn)間干擾信號相位差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(jiàn)圖1。

圖1抗共模和抗差模干擾電路

圖中LC1,LC2，Cy1,Cy2構成共模濾波電路，LC1,LC2為共模濾波電感，而Ld1,Ld2,Cx1,Cx2構成差模電路。共模電感Lc一般數值0.3mH～38mH，共模電容Cy，只要控制在漏電電流于1mA條 件 下 ， 選擇較大數值為準。而差模電感Ld一般在幾十至幾百微亨，其電容應選耐壓大于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)上購買(mǎi)的EMI濾波器大都是對共模干擾設計的，對差模 抑 制 效 果 很 差 。 實(shí) 際 上 開(kāi) 關(guān) 電 源 中 共 模 與 差 模 干 擾 同 時(shí) 存 在 ， 特 別 對 于 有 源 功 率 因 數 校 正 電 路 中 差 模 干 擾 的 強 度 很大 。 對 于 開(kāi) 關(guān) 電 源 ， EMI濾 波 器 對 高 頻 的 EMI信 號 抑 制 比 低 頻 的 EMI傳 導 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 干 擾 電 平 。 設 計 和 選 用 濾 波 器 一 定 要 根 據 電 路 的 實(shí) 際 需 要 而 定 。 首 先 測 出 傳 導 干 擾 電 平 與 所 規 定 的 EMC標 準 極 限 比 較 ， 一 般 0.01MHz～ 0.1MHz是 差 模 干 擾 起 主 導 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 實(shí) 驗 結 果 來(lái) 判 斷 和 選 擇 對 超 標 信 號 有 抑 制 作 用 的 濾 波 器 或 器 件 。 當 然 實(shí) 際 操 作 相 當 復 雜 ， 要 有 相 當 高 的 技 術(shù) 水 平 和 經(jīng) 驗 。

3EMI濾波器中電感材料的選擇

降低電子設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(wèn)題。而軟磁材料已成為EMI濾波器中不可少的元件，并起著(zhù)舉足輕重的作用?，F在用軟磁材料制成的各種抑制EMI元器件廣泛地應用于各種電子電路和設備之中。這是因為軟磁材料具有它獨特的性能，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(chǎng)家希望能得到通用EMI濾波器對所有的電子設備都能把干擾降低到標準以下，這是不現實(shí)的。EMI濾波器的設計要根據該電子設備的EMC標準，即需要衰減EMI信號的頻段范圍和超標電平高低來(lái)選擇，特別是其中的軟磁材料。因為軟磁材料種類(lèi)繁多，各有自己的電磁特征。除了基本磁參數如Bs,μi損耗外，還要利用它們的電特性、電阻率、頻寬、阻抗等。根據所需衰減干擾信號范圍，確定對應的濾波電路，然后再精心挑選適合于該頻段的磁性材料，濾波電感才能達到最經(jīng)濟和最佳效果。想用一種材料滿(mǎn)足各種抗干擾濾波器是不能達到預期效果的，必需選用適合該頻段的磁性材料。從材料的觀(guān)點(diǎn)看，EMI濾波器的作用是阻隔不需要的信號并以發(fā)熱的形式消耗掉，而讓需要的信號無(wú)衰減或幾乎不衰減地通過(guò)。值得指出的是以發(fā)熱形式所消耗掉的能量并不是指線(xiàn)圈在電流作用下的焦耳熱（即I2R）。故在繞制線(xiàn)圈時(shí)一定要選用足夠大線(xiàn)徑的銅線(xiàn)，盡量減少這種能量的損耗。從電學(xué)觀(guān)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。對于平均直徑為D的圓環(huán)，根據安培定律和電磁感應定律可得到：

e=N1S·dB/dt

H=N1I/l

式中N1，I——為環(huán)形磁芯上激磁線(xiàn)圈匝數和電流；

S——磁芯截面積；

l——平均磁路長(cháng)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