隨著現代科學技術的飛速發展，電子
、電力電子
、電氣設備應用越來越廣泛，它們在運行中產生的高密度、寬kuan頻pin譜pu的de電dian磁ci信xin號hao充chong滿man整zheng個ge空kong間jian，形xing成cheng複fu雜za的de電dian磁ci環huan境jing。複fu雜za的de電dian磁ci環huan境jing要yao求qiu電dian子zi設she備bei及ji電dian源yuan具ju有you更geng高gao的de電dian磁ci兼jian容rong性xing。於yu是shi抑yi製zhi電dian磁ci幹gan擾rao的de技ji術shu也ye越yue來lai越yue受shou到dao重zhong視shi。接jie地di
、屏蔽和濾波是抑製電磁幹擾的三大措施，下麵主要介紹在電源中使用的 EMI 濾波器及其基本原理和正確應用方法。

 

電源設備中噪聲濾波器的作用

電子設備的供電電源，如 220V/50Hz 交流電網或 115V/400Hz 交流發電機，都存在各式各樣的 EMI 噪聲，其中人為的 EMI 幹擾源，如各種雷達、導航
、通(tong)信(xin)等(deng)設(she)備(bei)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)發(fa)射(she)信(xin)號(hao)
，會(hui)在(zai)電(dian)源(yuan)線(xian)上(shang)和(he)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)連(lian)接(jie)電(dian)纜(lan)上(shang)感(gan)應(ying)出(chu)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)，電(dian)動(dong)旋(xuan)轉(zhuan)機(ji)械(xie)和(he)點(dian)火(huo)係(xi)統(tong)，會(hui)在(zai)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)電(dian)路(lu)內(nei)產(chan)生(sheng)瞬(shun)態(tai)過(guo)程(cheng)和(he)輻(fu)射(she)噪(zao)聲(sheng)幹(gan)擾(rao)；還hai有you自zi然ran幹gan擾rao源yuan
，比bi如ru雷lei電dian放fang電dian現xian象xiang和he宇yu宙zhou中zhong天tian電dian幹gan擾rao噪zao聲sheng
，前qian者zhe的de持chi續xu時shi間jian短duan但dan能neng量liang很hen大da
，後hou者zhe的de頻pin率lv範fan圍wei很hen寬kuan。另ling外wai電dian子zi電dian路lu元yuan器qi件jian本ben身shen工gong作zuo時shi也ye會hui產chan生sheng熱re噪zao聲sheng等deng。

 

這些電磁幹擾噪聲，通過輻射和傳導耦合的方式，會影響在此環境中運行的各種電子設備的正常工作。

 

另一方麵，電子設備在工作時也會產生各種各樣的電磁幹擾噪聲。比如數字電路是采用脈衝信號（方波）laibiaoshiluojiguanxide，duiqimaichongboxingjinxingfuliyefenxikezhi
，qixiebopinpufanweihenkuan。lingwaizaishuzidianluzhonghaiyouduozhongzhongfupinlvdemaichongchuan，zhexiemaichongchuanbaohandexiebogengfengfu，pinpugengkuan，chanshengdedianciganraozaoshengyegengfuza。

 

各類穩壓電源本身也是一種電磁幹擾源。在線性穩壓電源中，因整流而形成的單向脈動電流也會引起電磁幹擾；開關電源具有體積小，效率高的優點，在現代電子設備中應用越來越廣泛

，但是因為它在功率變換時處於開關狀態

，本身就是很強的 EMI 噪聲源，其產生的 EMI 噪zao聲sheng既ji有you很hen寬kuan的de頻pin率lv範fan圍wei
，又you有you很hen高gao的de強qiang度du。這zhe些xie電dian磁ci幹gan擾rao噪zao聲sheng也ye同tong樣yang通tong過guo輻fu射she和he傳chuan導dao的de方fang式shi汙wu染ran電dian磁ci環huan境jing，從cong而er影ying響xiang其qi它ta電dian子zi設she備bei的de正zheng常chang工gong作zuo。

 

對電子設備來說，當 EMI 噪聲影響到模擬電路時，會使信號傳輸的信噪比變壞，嚴重時會使要傳輸的信號被 EMI 噪聲所淹沒，而無法進行處理。當 EMI 噪聲影響到數字電路時，會引起邏輯關係出錯，導致錯誤的結果。

 

對於電源設備來說，其內部除了功率變換電路以外，還有驅動電路、控製電路、保護電路
、shurushuchudianpingjiancedianludeng，dianluxiangdangfuza。zhexiedianluzhuyaoyoutongyonghuozhuanyongjichengdianlugoucheng，dangshoudianciganraoerfashengwudongzuoshi，huishidianyuantingzhigongzuo，daozhidianzishebeiwufazhengchanggongzuo。caiyongdianwangzaoshenglvboqikeyouxiaodifangzhidianyuanyinwailaidiancizaoshengganraoerchanshengwudongzuo。

圖 1 電磁幹擾信號示意圖

 

 

圖 2 電源濾波器的基本電路圖

 

另外，從電源輸入端進入的 EMI 噪zao聲sheng，其qi一yi部bu分fen可ke出chu現xian在zai電dian源yuan的de輸shu出chu端duan
，它ta在zai電dian源yuan的de負fu載zai電dian路lu中zhong會hui產chan生sheng感gan應ying電dian壓ya
，成cheng為wei電dian路lu產chan生sheng誤wu動dong作zuo或huo幹gan擾rao電dian路lu中zhong傳chuan輸shu信xin號hao的de原yuan因yin。這zhe些xie問wen題ti同tong樣yang也ye可ke用yong噪zao聲sheng濾lv波bo器qi來lai加jia以yi防fang止zhi。

 

在電源設備中采用噪聲濾波器的作用如下：

（1）防止外來電磁噪聲幹擾電源設備本身控製電路的工作；

（2）防止外來電磁噪聲幹擾電源的負載的工作；

（3）抑製電源設備本身產生的 EMI；

（4）抑製由其它設備產生而經過電源傳播的 EMI。

 

開kai關guan電dian源yuan本ben身shen在zai工gong作zuo時shi以yi及ji電dian子zi設she備bei處chu於yu開kai關guan工gong作zuo狀zhuang態tai時shi，都dou會hui在zai電dian源yuan設she備bei的de輸shu入ru端duan出chu現xian終zhong端duan噪zao聲sheng
，產chan生sheng輻fu射she及ji傳chuan導dao幹gan擾rao，也ye會hui進jin入ru交jiao流liu電dian網wang幹gan擾rao其qi它ta的de電dian子zi設she備bei，所suo以yi必bi須xu采cai取qu有you效xiao措cuo施shi加jia以yi抑yi製zhi。在zai抑yi製zhi EMI 噪聲的輻射幹擾方麵，電磁屏蔽是最好的方式。而在抑製 EMI 噪聲的傳導幹擾方麵

，采用 EMI 濾波器是很有效的手段，當然應配合良好的接地措施。

 

在國際上各個國家都實行了嚴格的電磁噪聲限製規則，如美國有 FCC，德國有 FTZ，VDE 等標準。如電子設備不滿足噪聲限製規則，則產品就不能出售和使用。

 

由於上述種種原因，在電源設備中必須要設計使用滿足要求的電網噪聲濾波器。

 

EMI 噪聲和濾波器的類型

在電源設備輸入引線上存在二種 EMI 噪聲：共模噪聲和差模噪聲
，如圖 1 所示。把在交流輸入引線與地之間存在的 EMI 噪聲叫作其共模噪聲，它可看作為在交流輸入線上傳輸的電位相等、相位相同的幹擾信號，即圖 1 的電壓 V1 和 V2。而把交流輸入引線之間存在的 EMI 噪聲叫作差模噪聲
，它可看作為在交流輸入線傳輸的相位差 180°的幹擾信號
，即圖 1 中的電壓 V3。共模噪聲是從交流輸入線流入大地的幹擾電流，差模噪聲是在交流輸入線之間流動的幹擾電流。對任何電源輸入線上的傳導 EMI 噪聲，都可以用共模和差模噪聲來表示，並且可把這二種 EMI 噪聲看作獨立的 EMI 源來分別抑製。

 

在(zai)對(dui)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)噪(zao)聲(sheng)采(cai)取(qu)抑(yi)製(zhi)措(cuo)施(shi)時(shi)，主(zhu)要(yao)應(ying)考(kao)慮(lv)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)，因(yin)為(wei)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)在(zai)全(quan)頻(pin)域(yu)特(te)別(bie)在(zai)高(gao)頻(pin)域(yu)占(zhan)主(zhu)要(yao)部(bu)分(fen)，而(er)在(zai)低(di)頻(pin)域(yu)差(cha)模(mo)噪(zao)聲(sheng)占(zhan)比(bi)例(li)較(jiao)大(da)，所(suo)以(yi)應(ying)根(gen)據(ju) EMI 噪聲的這個特點來選擇適當的 EMI 濾波器。

 

電源用噪聲濾波器按形狀可分為一體化式和分立式。一體化式是將電感線圈、電容器等封裝在金屬或塑料外殼中；分立式是在印製板上安裝電感線圈、電容器等
，構成抑製噪聲濾波器。到底采用哪種形式要根據成本、特性、安裝空間等來確定。一體化式成本高，特性較好，安裝靈活；分立式成本較低，但屏蔽不好，可自由分配在印製板上。

 

噪聲濾波器的基本結構

電源 EMI 噪聲濾波器是一種無源低通濾波器，它無衰減地將交流電傳輸到電源，而大大衰減隨交流電傳入的 EMI 噪聲
；同時又能有效地抑製電源設備產生的 EMI 噪聲，阻止它們進入交流電網幹擾其它電子設備。

 

單相交流電網噪聲濾波器的基本結構如圖 2 所示。它是由集中參數元件組成的四端無源網絡，主要使用的元件是共模電感線圈 L1、L2，差模電感 L3、L4
，以及共模電容 CY1
、CY2 和差模電容器 CX。若將此濾波器網絡放在電源的輸入端

，則 L1 與 CY1 及 L2 與 CY2 分fen別bie構gou成cheng交jiao流liu進jin線xian上shang兩liang對dui獨du立li端duan口kou之zhi間jian的de低di通tong濾lv波bo器qi，可ke衰shuai減jian交jiao流liu進jin線xian上shang存cun在zai的de共gong模mo幹gan擾rao噪zao聲sheng
，阻zu止zhi它ta們men進jin入ru電dian源yuan設she備bei。共gong模mo電dian感gan線xian圈quan用yong來lai衰shuai減jian交jiao流liu進jin線xian上shang的de共gong模mo噪zao聲sheng
，其qi中zhong L1 和 L2 一般是在閉合磁路的鐵氧體磁芯上同向卷繞相同匝數
，接入電路後在 L1、L2 兩個線圈內交流電流產生的磁通相互抵消，不致使磁芯引起磁通飽和，又使這兩個線圈的電感值在共模狀態下較大，且保持不變。

 

差模電感線圈 L3、L4 與差模電容器 CX 構成交流進線獨立端口間的一個低通濾波器，用來抑製交流進線上的差模幹擾噪聲，防止電源設備受其幹擾。

 

圖 2 所示的電源噪聲濾波器是無源網絡
，它具有雙向抑製性能。將它插入在交流電網與電源之間，相當於這二者的 EMI 噪聲之間加上一個阻斷屏障，這樣一個簡單的無源濾波器起到了雙向抑製噪聲的作用，從而在各種電子設備中獲得了廣泛應用。

 

噪聲濾波器的主要設計原則

共模電感線圈使用的磁芯有環形、E 形和 U 形等，材料一般采用鐵氧體，環形磁芯適用於大電流小電感量
，它的磁路比 E 形和 U 形長，沒有間隙，用較少的圈數可獲得較大的電感量，由於這些特點它具有較佳的頻率特性。而 E 形xing磁ci芯xin的de線xian圈quan泄xie漏lou磁ci通tong小xiao
，故gu當dang電dian感gan漏lou磁ci有you可ke能neng影ying響xiang其qi它ta電dian路lu或huo其qi它ta電dian路lu與yu共gong模mo電dian感gan有you磁ci耦ou合he，而er不bu能neng獲huo得de所suo需xu要yao的de噪zao聲sheng衰shuai減jian效xiao果guo時shi應ying考kao慮lv采cai用yong E 形磁芯作成共模電感。

 

差模電感線圈一般采用金屬粉壓磁芯，由於粉壓磁芯適用頻率範圍較低
，在幾十 kHz～幾 MHz，其直流重疊特性好
，在大電流應用時電感量也不會大幅下降，最適合作為差模電感。

 

圖 2 中
，電源噪聲濾波器使用二種電容器
，CX
、CY1 和 CY2，它們在濾波器中的作用不同
，還有不同的安全等級要求，因此其性能參數直接與濾波器的安全性能有關。

 

差模電容 CX 接在交流電進線兩端，它上麵除加有額定交流電壓以外

，還會疊加交流進線之間存在的各種 EMI 峰值電壓。所以該電容器的耐壓及耐瞬態峰值電壓的性能要求較高，同時要求該電容器失效後，不能危及後麵電路及人身安全。CX 電容器的安全等級又分為 X1 和 X2 兩類


，X1 類適用於一般場合
，X2 類適用於會出現高的噪聲峰值電壓的應用場合。

 

共模電容 CY jiezaijiaoliudianjinxianyujikedizhijian，yaoqiutamenzaidianqihejixiexingnengshang，yingyouzugoudadeanquanyuliang，wanyitamenfashengjichuanduanlu，jiangshishebeijikedaishangweixiandejiaoliudian，rushebeidejueyuanhuojiedibaohushixiao，kenengshicaozuorenyuanzaoshoudianji
，shenzhiweijirenshenanquan。yincidui CY 電dian容rong器qi的de容rong量liang要yao進jin行xing限xian製zhi，使shi其qi在zai額e定ding頻pin率lv的de電dian壓ya下xia漏lou電dian流liu小xiao於yu安an全quan規gui範fan值zhi。另ling外wai還hai要yao求qiu其qi應ying有you足zu夠gou的de耐nai壓ya及ji耐nai瞬shun態tai高gao峰feng值zhi電dian壓ya的de餘yu量liang，並bing且qie萬wan一yi發fa生sheng電dian壓ya擊ji穿chuan它ta應ying處chu於yu開kai路lu狀zhuang態tai，而er不bu會hui使shi設she備bei機ji殼ke帶dai電dian。

 

綜上所述，在設計和選擇電網噪聲濾波器時，因為它們工作在高電壓、大電流、惡劣的電磁幹擾環境中
，首先必須考慮所用電感器和電容器的安全性能。對於電感線圈


，其磁芯、繞線的材料，絕緣材料和絕緣距離、線圈溫升等都應予重視。對於電容器，其電容種類、耐壓、安全等級、容量、漏電流等都應優先考慮，特別要求選擇經過國際安全機構安全認證的產品。

 

濾波器的安全性能參數

濾波器與漏電流

電網濾波器漏電流定義為：在zai額e定ding交jiao流liu電dian壓ya下xia
，濾lv波bo器qi外wai殼ke到dao交jiao流liu進jin線xian任ren一yi端duan的de電dian流liu。如ru果guo濾lv波bo器qi的de所suo有you端duan口kou與yu外wai殼ke之zhi間jian是shi完wan全quan絕jue緣yuan的de
，則ze漏lou電dian流liu的de值zhi，主zhu要yao取qu決jue於yu共gong模mo電dian容rong CY 的漏電流，即主要取決於 CY 的容量。由於濾波器漏電流的大小，涉及到人身安全，國際上各國對此都有嚴格的標準規定。對於 220V/50Hz 交流電網供電，一般要求噪聲濾波器的漏電流小於 1mA。

 

濾波器與試驗電壓

對於交流電網噪聲濾波器，試驗電壓分為兩種：一種是加在交流進線兩端
，即線—線試驗電壓。若電感線圈及引線是絕緣良好的，它主要取決於電容器 CX 的耐壓
；另一種是加在交流進線任一端與機殼地之間，即線—地試驗電壓。它主要取決於 CY 的耐壓。

 

漏電流和試驗電壓都是噪聲濾波器的安全性能參數
，是濾波器中電感線圈、絕緣和電容器 CX、CY 安全性能的具體表現
，並且與設備及人身安全緊密相關。因此在電網噪聲濾波器的設計
、生產和使用中，都要特別加以重視

，把這些技術參數的認證和檢驗放在首位。

 

濾波器的技術參數及正確使用

（1）插入損耗是噪聲濾波器的重要技術參數之一
，在設計和選用時應予主要考慮。在濾波器的安全
、常規電氣性能、環境及機械等條件都滿足要求時

，應盡量選擇插入損耗值大些。

 

插入損耗的定義如圖 3 所示，當沒接濾波器時，信號源輸出電壓為 V1

，當濾波器接入後，在濾波器輸出端測得信號源的電壓為 V2。若信號源輸出阻抗與接收機輸入阻抗相等，都是 50Ω
，則濾波器的插入損耗為：

 

IL=20log(V1/V2）(1)

 

 

圖 3 插入損耗的定義

 

 

圖 4 濾波器網絡結構的選擇

 

 

圖 5 公共阻抗耦合的等效電路

 

因為電源噪聲濾波器能衰減共模和差模噪聲

，所以它即有共模插入損耗
，又有差模插入損耗。

 

但在實際選用濾波器時，應注意產品手冊給出的插入損耗曲線，都是按照標準規定，在其輸入和輸出阻抗都為 50Ω條件下測得的。因為實際的濾波器兩端阻抗不一定在全頻率範圍內是 50Ω，所以它對 EMI 信號的衰減
，並不等於產品手冊中給出的插入損耗值。特別當使用安裝不當時，還會遠遠小於標準給定的插入損耗。

 

（2）電源噪聲濾波器是一種具有互易性的無源網絡。在實際應用中為使它有效地抑製噪聲應合理配接。按圖 4 所示組合來選擇濾波器的網絡結構和參數，才能得到較好的 EMI 抑製效果。

 

當dang濾lv波bo器qi的de輸shu出chu阻zu抗kang與yu負fu載zai阻zu抗kang不bu相xiang等deng時shi
，在zai此ci端duan口kou上shang會hui產chan生sheng反fan射she，兩liang個ge阻zu抗kang相xiang差cha越yue大da，端duan口kou產chan生sheng的de反fan射she也ye越yue大da。當dang濾lv波bo器qi兩liang端duan阻zu抗kang都dou與yu外wai部bu阻zu抗kang不bu相xiang等deng時shi
，則ze EMI 信xin號hao將jiang在zai其qi輸shu入ru和he輸shu出chu端duan都dou產chan生sheng反fan射she。這zhe時shi電dian源yuan濾lv波bo器qi對dui電dian磁ci幹gan擾rao噪zao聲sheng的de衰shuai減jian，就jiu與yu濾lv波bo器qi固gu有you的de插cha入ru損sun耗hao和he反fan射she損sun耗hao有you關guan，可ke利li用yong這zhe點dian更geng有you效xiao地di抑yi製zhi電dian磁ci幹gan擾rao噪zao聲sheng。在zai實shi際ji設she計ji和he選xuan擇ze使shi用yong EMI 濾(lv)波(bo)器(qi)時(shi)
，要(yao)注(zhu)意(yi)濾(lv)波(bo)器(qi)阻(zu)抗(kang)的(de)正(zheng)確(que)連(lian)接(jie)
，以(yi)造(zao)成(cheng)盡(jin)可(ke)能(neng)大(da)的(de)反(fan)射(she)，使(shi)濾(lv)波(bo)器(qi)在(zai)很(hen)寬(kuan)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)造(zao)成(cheng)較(jiao)大(da)的(de)阻(zu)抗(kang)失(shi)配(pei)，從(cong)而(er)得(de)到(dao)更(geng)好(hao)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)抑(yi)製(zhi)性(xing)能(neng)。

 

（3）zaidianyuanlvboqideshijiyingyongzhong
，yaoqiuqiwaikeyuxitongdizhijianyoulianghaodedianqilianjie
，qieyingshijiedixianjinliangduan
，yinweiguochangdejiedixianhuijiadajiedidianzuhediangan，eryanzhongxuejianlvboqidegongmoyizhinengli
，tongshiyehuichanshenggonggongjiedizukangouhedewenti。rutu 5 所示，接地線過長，則濾波器輸入和輸出之間的公共耦合阻抗 Zg 也過大
，負載上電壓為：

 

V0=VZ＋Vg=VZ＋(Ii－IO)Zg(2)

 

式中：Ii 為濾波器交流輸入電路的噪聲電流；

 

IO 為濾波器輸出電路的噪聲電流。

 

由式（2）可知
，電磁幹擾信號經過濾波器衰減後

，在輸出端的噪聲電流大大小於輸入端的噪聲電流，即公共接地阻抗引起的壓降(Ii－IO)Zg 將很大，在 Zg 上將產生一個很高的電磁幹擾電壓，經過公共接地回路耦合到濾波器的輸出端
，從而大大減弱噪聲濾波器對 EMI 噪聲的抑製能力。

 

減jian小xiao公gong共gong阻zu抗kang耦ou合he的de最zui好hao方fang法fa，就jiu是shi借jie助zhu設she備bei的de電dian磁ci屏ping蔽bi，把ba噪zao聲sheng濾lv波bo器qi的de輸shu入ru端duan與yu輸shu出chu端duan隔ge離li開kai，同tong時shi濾lv波bo器qi的de接jie地di線xian要yao盡jin量liang短duan，這zhe樣yang既ji把ba濾lv波bo器qi輸shu入ru與yu輸shu出chu端duan間jian存cun在zai的de電dian磁ci耦ou合he降jiang到dao最zui低di程cheng度du
，又you不bu破po壞huai設she備bei的de屏ping蔽bi結jie構gou對dui於yu電dian磁ci幹gan擾rao噪zao聲sheng的de抑yi製zhi作zuo用yong。

 

理想的電源噪聲濾波器安裝方式如圖 6 所示。

 

（4）綜上所述，電源噪聲濾波器的使用應注意如下幾點：

①濾波器應盡量靠近設備交流電入口處安裝
，應使未經過濾波器的交流進線在設備內盡量短；

②濾波器中的電容器引線應盡可能短，以免引線感抗和容抗在較低頻率上產生諧振；

③濾波器接地線上有大的電流流過
，會產生電磁輻射，應對濾波器進行良好的屏蔽和接地

；

④濾波器的輸入線和輸出線不能捆紮在一起，布線時盡量增大其間距離
，以減小它們之間的耦合，可加隔板或屏蔽層。

 

 

圖 6 濾波器的正確安裝方法

 

結語

電dian磁ci幹gan擾rao濾lv波bo器qi的de設she計ji和he選xuan用yong
，主zhu要yao依yi據ju噪zao聲sheng幹gan擾rao特te性xing和he係xi統tong電dian磁ci兼jian容rong性xing的de要yao求qiu，在zai了le解jie電dian磁ci幹gan擾rao的de頻pin率lv範fan圍wei，估gu計ji幹gan擾rao的de大da致zhi量liang級ji的de基ji礎chu上shang進jin行xing。首shou先xian要yao了le解jie濾lv波bo器qi的de使shi用yong環huan境jing(使用電壓、負載電流、環境溫濕度、振動衝擊、安裝方式和位置等)，要重點考慮其安全性能參數
，因為關係到設備及人身安全。還要使濾波器對 EMI 噪(zao)聲(sheng)產(chan)生(sheng)最(zui)佳(jia)的(de)抑(yi)製(zhi)效(xiao)果(guo)。應(ying)根(gen)據(ju)接(jie)入(ru)電(dian)路(lu)的(de)要(yao)求(qiu)
，以(yi)產(chan)生(sheng)最(zui)大(da)阻(zu)抗(kang)不(bu)匹(pi)配(pei)的(de)原(yuan)則(ze)來(lai)選(xuan)擇(ze)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)網(wang)絡(luo)結(jie)構(gou)和(he)參(can)數(shu)。為(wei)了(le)獲(huo)得(de)最(zui)佳(jia)的(de)電(dian)磁(ci)噪(zao)聲(sheng)衰(shuai)減(jian)特(te)性(xing)
，濾(lv)波(bo)器(qi)應(ying)該(gai)正(zheng)確(que)地(di)安(an)裝(zhuang)在(zai)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)上(shang)。