基于開關電源的EMI濾波器設計與實現

摘要：通過對某型號開關電源的電磁兼容性進行分析和測試，提出了針對此開關電源的干擾抑制濾波器的有效設計方法，并利用PSpice軟件進行了濾波器的設計與仿真。遵循設計方法，針對該開關電源的電磁干擾(EMI)濾波器已經實現，通過實際測試結果驗證了設計方法的正確性。
關鍵詞：濾波器；開關電源；電磁干擾

1 引言
與傳統(tǒng)線性電源相比，開關電源作為一種新型綠色電源，因其具有體積小，重量輕，高效率等優(yōu)點，在軍用和民用領域得到廣泛應用。但由于其內部含有高速通斷的開關器件并采用特殊的調制方式，因此會產生大量地EMI，從而對其本身及其使用開關電源的產品的整體性能造成嚴重影響。EMI濾波器是抑制開關電源傳導干擾的有效手段，因此有必要對EMI濾波器的設計方法進行深入研究。這里以某型號開關電源作為研究對象，詳細敘述了EMI濾波器設計方法，為解決開關電源電磁兼容問題提供了參考。

2 電磁干擾測試方法
2．1 測試時產品工作狀態(tài)
該開關電源輸入電壓變化范圍為18～36 V，測試時輸入電壓為28 V，輸出穩(wěn)壓為12 V，工作頻率約為250 kHz，最大工作電流為4 A。在測試過程中，該開關電源產品一直處于半載工作狀態(tài)。
2．2 電磁干擾測試方法
開關電源傳導干擾主要由差模干擾和共模干擾組成。前者指相線與中線之間流動的電流噪聲；后者指相線或中線與地線之間流動的電流噪聲。根據干擾信號的特點可粗略地劃分為3個頻段：0．15～0．5 MHz以差模干擾為主：0．5～5 MHz差、共模干擾共存；5 MHz以上以共模干擾為主。在設計時若哪個頻段不達標，可針對該頻段加強濾波效果。通常，EMI濾波器由差模網絡和共模網絡構成，為了確定其中元件參數的具體取值，需先得到差模電流和共模電流的具體數值。測試方法是通過電流探頭分離出差模電流和共模電流。其測試框圖如圖1所示。

若將共模電流和差模電流分別記為Icm與Idm，則在共模電流測試中，測得電流為：
I測量值=I相線+I中線=(Icm+Idm)+(Icm-Idm)=2Icm (1)
而在差模電流測試中，測得電流為：
I測量值=I相線-I中線=(Icm+Idm)-(Icm-Idm)=2Idm (2)
在整個測試頻段內，電流探頭的因子可用軟件補償，采用自動測試系統(tǒng)測量完畢后，則顯然從最終測量值減去6 dB才是共模電流和差模電流的實際電流值大小。其減去6 dB后的測量結果如圖2所示。