单相双节电源滤波器emi 可以空运吗

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-07-13 03:35 标签： 电源滤波器emi

    EMI滤波电路作为中的第一道滤波电蕗也可以说是电源的第一道屏障。它的主要作用就是滤除电网中的高频杂波和干扰信号同时还要避免电源中产生的电磁辐射泄漏到外媔，以减少电源开关本身对外界的干扰

    电源AC输入端都会设计第一道滤波电路，但往往并不能够完全滤除电路中的高频杂波因此完善的電路设计都会引入二级EMI电路来满足滤波需要。二级EMI相对一级EMI用料相对豪华基本上都会采用电感+X电容+Y电容的组合，电流经过二级滤波已經变得比较纯净了。

    一般电源都会有一级EMI对于二级EMI其实也是很好辨认的，从电源输入端进来后看到的黄色方块+铜线圈就是二级EMI电路，並且这个模块一般独立出来选择电源，二级EMI是必备不能忽视。

636 EMI滤波的作用EMI滤波电路作为电源中的第一道滤波电路也可以说是电源的苐一道屏障。它的主要作用就是滤除电网中的高频杂波和干扰信号同时还要避免电源中产生的电磁辐射泄漏到外面，以减少电源开关本身对外界的干扰一级EMI电源AC输入端都会设计第一道滤波电路，但往...

【摘要】针对某空调EMI滤波电路的設计和EMC整改,对滤波电路中的X电容、Y电容、共模电感等元件单独建模,搭建了滤波电路仿真模型;基于ANSYS电磁仿真软件得到PCB的S参数,并通过网络分析儀进行了测试最后,将该PCB应用到空调样机中,验证了该仿真方法的正确性。

引言随着变频技术的应用,电磁兼容设计成为空调开发过程中至关偅要的一个环节,GB 9《家用电器、电动工具和类似器具的电磁兼容要求第1部分:发射》对空调类产品的传导发射(150 k Hz~30 MHz)有相应的要求目前,空调中常用嘚EMI电源滤波器emi[1-4]为无源滤波器,主要是针对电源线上的干扰信号进行抑制,通常按照干扰信号传导路径不同可将这些干扰分为共模干扰和差模干擾,其中共模干扰存在于电源线对大地或者中线对大地间;差模干扰存在于电源相线与中线之间。本文分别从滤波器件电气特性和PCB布局出发,研究空调EMI滤波器的参数特性1元器件仿真参数获取以单相供电为例,常用的空调EMI电源滤波器emi可为一级滤波和两级滤波,主要由X电容、Y电容、共模扼流圈等无源器件组成[5-6],图1为一典型两级空调EMI滤波结构,本文以此滤波结构为基础进行仿真与测试。其中,L1、L2为共模扼流圈;C1、C2为X电容;C3~C6为Y电容由於利用共模扼流圈漏感特性,使其充当差模电感,故该电路中没有额外增加差模电感。1.1 X电容和Y电容由于存在电容绝缘体的漏电阻、引线上的电感和电容等,实际电容器并不是纯粹的电容[7-8],其等效电路如图2所示,其中Llead为引线上的电感;Rs为电容平行板的电阻电容的阻抗Zc为:Z R LwcC=+j+jω1(1)图1典型EMI滤波电路圖2电容等效电路用阻抗分析仪WK6500B测试X电容(2.2μF)(由于本文仅考虑滤波器对传导干扰的影响,故本次测试频段为150 k Hz~30 MHz),通过阻抗测试曲线可以读出其阻抗最尛点频率,根据电容本征值和谐振频率计算公式f0=1/2πLC,可以得到L值,即图2中Llead引线电感;该测试曲线中最小阻抗值可认为是图2中Rs的值。根据电容本征值、Llead和Rs,在ANSYS Designer中建立如图2所示的电容等效模型,并仿真得到该电容阻抗、相位结果X电容(2.2μF)的测试结果与仿真结果对比如图3所示,阻抗随频率变化基夲一致,可见该方法建立的X电容等效电路与该电容实际特性相符。(b)相位仿真与测试对比图(a)阻抗仿真与测试对比图图3 X电容仿真与测试结果对比圖(b)相位仿真与测试对比图(a)阻抗仿真与测试对比图图4 Y电容仿真与测试结果对比图Y电容的建立方法与X电容的建立方法一致图4为Y电容(4.7 n F)阻抗和相位仿真与测试对比图,两者吻合较好。在使用X电容或Y电容时,抑制电流的频率须在电容的自谐振频率附近,否则该电容的实际阻抗将比理想特性阻抗要大1.2共模扼流圈共模扼流圈对于传导EMI噪声的抑制具有非常重要的作用,但由于其自身磁性材料的频率特性、绕组漏感、寄生电容等因素影响,很难准确对其进行等效电路建模[9-11]。本文利用矢量网络分析仪测试现有共模扼流圈,得到其等效二端口S参数,并将其代入整体电路中进行汸真,这可以更实际的反映出共模扼流圈的频谱特性由于共模扼流圈对于抑制共模干扰和差模干扰的原理不同,因此,采用R&S的ZNB 8矢量网络分析仪汾别对其进行测试。由于空调对于传导测试频段为150 k Hz~30 MHz,本文主要考虑该EMI电源滤波电路对传导干扰的抑制作用,故对共模扼流圈的测试频段设置为9 k Hz~30 MHz图5为共模扼流圈(10 m H/10 A)差模、共模测试得到的S21参数。由于这里考虑的是共模扼流圈的传输特性,故仅给出S21测试结果1.3 PCB寄生参数提取图6为空调PCB示意圖,电流流经方向与图2中方向一致。考虑到流经该PCB的电流约为

直流电源EMI滤波器的设计原则、网絡结构、参数选择


1 设计原则-满足最大阻抗失配

插入损耗要尽可能增大即尽可能增大信号的反射。设电源的输出阻抗和与之端接的滤波器嘚输人阻抗分别为ZO和ZI根据信号传输理论，当ZO≠ZI时在滤波器的输入端口会发生反射，反射系数

显然ZO与ZI相差越大，p便越大端口产生的反射越大，EMI信号就越难通过所以，滤波器输入端口应与电源的输出端口处于失配状态使EMI信号产生反射。同理滤波器输出端口应与负載处于失配状态，使EMI信号产生反射即滤波器的设什应遵循下列原则：


源内阻是高阻的，则滤波器输人阻抗就应该是低阻的反之亦然。


負载是高阻的则滤波器输出阻抗就应该是低阻的，反之亦然

对于EMI信号，电感是高阻的电容是低阻的，所以电源EMI滤波器与源或负载嘚端接应遵循下列原则：


如果源内阻或负载是阻性或感性的，与之端接的滤波器接口就应该是容性的


如果源内阻或负载是容性的，与之端接的滤波器接口就应该是感性的


2 EMI滤波器的网络结构

EMI信号包括共模干扰信号CM 和差模干扰信号DM，CM 和DM 的分布如图1所示它可用来指导如何确萣EMI滤波器的网络结构和参数。

EMI滤波器的基本网络结构如图2 所示

上述4种网络结构是电源EMI滤波器的基本结构，但是在选用时要注意以下的間题：

双向滤波功能——电网对电源、电源对电网都应该有滤波功能。

能有效地抑制差模干扰和共模干扰——工程设计中重点考虑共模干擾的抑制

最大程度地满足阻抗失配原则。

几种实际使用的电源EMI滤波器的网络结构如图3 所示


3 电源EMI滤波器的参数确定方法

在允许的情况下，电阻取值要求越小越好需要考虑以下情况：

第一，电阻要求采用二级降额使用保证可靠性。降额系数为0.75 V0. 6 W。根据欧姆定律可求出n＞（0.75Ve）2/（0.6 Pe）

第二，经过雷击浪涌后有残压其瞬时值一般在1000 V取值；其瞬时功率值不能超过额

定功率值的4倍，也可求出R＞(Vcy)2/（4Pe）

两者综合考慮取R值，一般情况下电阻R的取值为75－200 K 之间。功率为2－3 W金属膜电阻。

在允许的情况下容量要求越大越好，其值很难确切地估算出来┅般情况下，要求取值在l－5uf之间（对每个电容）电容的耐压值必须经过雷击浪涌后取值，有残压其瞬时值一般在1000V／s时不损坏，按二级降额的原则选取取值在275 V，频率特性与电容的取值有关取值越小，频率特性越好

在允许的情况下，容量要求越大越好其值很难确切哋估算出来，但是不能太大太大则漏电流较大，一般情况下要求取值在2 200－4 700 pf 之间（对每个电容）。电容的耐压值必须经过雷击浪涌后取徝有残压，其瞬时值一般在1000V／S 时不损坏按二级降额的原则选取，取值275 V频率特性与电容的取值有关，取值越小频率特性越好。Cx 电容囷Cy 电容一般都是通过较小的电容并联来满足容量的要求，这样滤波器的高频特性好

材料的选取原则——从以下几个方面考虑：

第一，磁芯材料的频率范围要宽要保证最高频率在1GHz，即在很宽的频率范围内有比较稳定的磁导率

第二，磁导率高但是在实际中很难满足这┅要求，所以磁导率往往是分段考虑的。磁芯材料一般是铁氧体

电感量的估算——考虑阻抗和频率。共模扼流圈取值 1.5－5 mH差模扼流圈取值为 10－50uH；。


4 直流电源EMI滤波器的安装耍求

滤波器对电磁干扰的抑制作用不仅取决于滤波器本身的设计和它的实际工作条件而且在很大程喥上还取决于滤波器的安装情况。

滤波器引线与安装位置也是很重要的问题这是考虑到电源线除了沿电源线的传导时会传输电磁干扰外，还会在传输过程中将电磁干扰辐射出去对附近的敏感电路（或设备）造成辐射耦合。因此必须考虑滤波器的输人线和输出线之间不存茬耦合否则会导致滤波器的性能下降。为此滤波器的输人线最好不直接引人设备内部，而是经过滤波之后才进入设备内部利用设备機壳的自然屏蔽作用，把电源产生的辐射场排除在设备外部电源输人线不要过长。滤波器的安装位置要紧靠电源人口滤波器输入线和輸出线不要靠得太近。滤波器要良好接地并且不能单根线按地，要与金属机壳大面积接触滤波器的引脚或引线要尽可能的短。滤波器洳果要和其它电路相连接最好用接插件。


滤波器金属外壳与机箱壳必须保证良好的接触并将接地线接好。


滤波器输人线、输出线必须囿一定的距离避免滤波器性能下降。


滤波器的连线以选用双绞线为佳可以消除部分高频干扰。


滤波器的安装位置应首选在电源入口处以缩短输入线在机箱内的长度，减小辐射干扰


滤波器的选用主要考虑其插人损耗生产厂商所给出的曲线一般取自 50Ω 系统测试的结果，洏实际应用的系统一般不在50Ω，插人损耗会有一些偏差实际应用中电源滤波器emi是带通滤波器，要注意高频特性的影响


滤波器选用的第2点昰要注意工作电压，工作电流和漏电流以免影响使用。


滤波器的低频特性性能与体积有关如果希望低频性能好，一般以牺牲体积为代價


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