基于開關(guān)電源的EMI濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：通過對(duì)某型號(hào)開關(guān)電源的電磁兼容性進(jìn)行分析和測(cè)試，提出了針對(duì)此開關(guān)電源的干擾抑制濾波器的有效設(shè)計(jì)方法，并利用PSpice軟件進(jìn)行了濾波器的設(shè)計(jì)與仿真。遵循設(shè)計(jì)方法，針對(duì)該開關(guān)電源的電磁干擾(EMI)濾波器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，通過實(shí)際測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。
關(guān)鍵詞：濾波器；開關(guān)電源；電磁干擾

1 引言
與傳統(tǒng)線性電源相比，開關(guān)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(diǎn)，在軍用和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但由于其內(nèi)部含有高速通斷的開關(guān)器件并采用特殊的調(diào)制方式，因此會(huì)產(chǎn)生大量地EMI，從而對(duì)其本身及其使用開關(guān)電源的產(chǎn)品的整體性能造成嚴(yán)重影響。EMI濾波器是抑制開關(guān)電源傳導(dǎo)干擾的有效手段，因此有必要對(duì)EMI濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入研究。這里以某型號(hào)開關(guān)電源作為研究對(duì)象，詳細(xì)敘述了EMI濾波器設(shè)計(jì)方法，為解決開關(guān)電源電磁兼容問題提供了參考。

2 電磁干擾測(cè)試方法
2．1 測(cè)試時(shí)產(chǎn)品工作狀態(tài)
該開關(guān)電源輸入電壓變化范圍為18～36 V，測(cè)試時(shí)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(cè)試過程中，該開關(guān)電源產(chǎn)品一直處于半載工作狀態(tài)。
2．2 電磁干擾測(cè)試方法
開關(guān)電源傳導(dǎo)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(dòng)的電流噪聲；后者指相線或中線與地線之間流動(dòng)的電流噪聲。根據(jù)干擾信號(hào)的特點(diǎn)可粗略地劃分為3個(gè)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(shè)計(jì)時(shí)若哪個(gè)頻段不達(dá)標(biāo)，可針對(duì)該頻段加強(qiáng)濾波效果。通常，EMI濾波器由差模網(wǎng)絡(luò)和共模網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，為了確定其中元件參數(shù)的具體取值，需先得到差模電流和共模電流的具體數(shù)值。測(cè)試方法是通過電流探頭分離出差模電流和共模電流。其測(cè)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(cè)試中，測(cè)得電流為：
I測(cè)量值=I相線+I中線=(Icm+Idm)+(Icm-Idm)=2Icm (1)
而在差模電流測(cè)試中，測(cè)得電流為：
I測(cè)量值=I相線-I中線=(Icm+Idm)-(Icm-Idm)=2Idm (2)
在整個(gè)測(cè)試頻段內(nèi)，電流探頭的因子可用軟件補(bǔ)償，采用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量完畢后，則顯然從最終測(cè)量值減去6 dB才是共模電流和差模電流的實(shí)際電流值大小。其減去6 dB后的測(cè)量結(jié)果如圖2所示。