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EMI滤波器在开关电源中的应用
发布时间:2019-09-18 阅读量:764 来源:我爱方案网 作者:

为减小体积、降低成本,单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器,典型电路图3所示。图(a)与图(b)中的电容器C能滤除串模干扰,区别仅是图(a)将C接在输入端,图(b)则接到输出端。图(c)、(d)所示电路较复杂,抑制干扰的效果更佳。图(c)中的L、C1和C2用来滤除共模干扰,C3和C4滤除串模干扰。R为泄放电阻,可将C3上积累的电荷泄放掉,避免因电荷积累而影响滤波特性;断电后还能使电源的进线端L、N不带电,保证使用的安全性。图(d)则是把共模干扰滤波电容C3和C4接在输出端。


EMI滤波器在开关电源中的应用


EMI滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。图4中曲线a为加EMI滤波器时开关电源上0.15MHz~30MHz传导噪声的波形(即电磁干扰峰值包络线)。曲线b是插入如图3(d)所示EMI滤波器后的波形,能将电磁干扰衰减50dBμV~70dBμV。显然,这种EMI滤波器的效果更佳。


3 EMI滤波器的技术参数及测试方法

3.1 主要技术参数

EMI滤波器的主要技术参数有:额定电压、额定电流、漏电流、测试电压、绝缘电阻、直流电阻、使用温度范围、工作温升Tr、插入损耗AdB、外形尺寸、重量等。上述参数中最重要的是插入损耗(亦称插入衰减),它是评价电磁干扰滤波器性能优劣的主要指标。


插入损耗(AdB)是频率的函数,用dB表示。设电磁干扰滤波器插入前后传输到负载上的噪声功率分别为P1、P2,有公式:


AdB=10lg(P1/P2)    (1)


假定负载阻抗在插入前后始终保持不变,则P1=V12/Z,P2=V2 2/Z。式中V1是噪声源直接加到负载上的电压,V2是在噪声源与负载之间插入电磁干扰滤波器后负载上的噪声电压,且V2


AdB=20lg(V1/V2)    (2)


插入损耗用分贝(dB)表示,分贝值愈大, 说明抑制噪声干扰的能力愈强。鉴于理论计算比较烦琐且误差较大,通常是由生产厂家进行实际测量,根据噪声频谱逐点测出所对应的插入损耗,然后绘出典型的插入损耗曲线,提供给用户。图5给出一条典型曲线。由力疔见,该产品可将1MHz~30MHz的噪声电压衰减65dB。


计算EMI滤波器对地漏电流的公式为:


ILD=2πfCVc    (3)


式中,ILD为漏电流,f是电网频率。以图1为例,f=50Hz,C=C3+C4=4400pF,Vc是C3、C4上的压降,亦即输出端的对地电压,可取Vc≈220V/2=110V。由(3)式不难算出,此时漏电流ILD=0.15mA。C3和C4若选4700pF,则C=4700pF×2=9400pF,ILD=0.32mA。显然,漏电流与C成正比。对漏电流的要求是愈小愈好,这样安全性高,一般应为几百微安至几毫安。在电子医疗设备中对漏电流的要求更为严格。


需要指出,额定电流还与环境温度TA有关。例如国外有的生产厂家给出下述经验公式:


I=I1×[(85-TA)/45的根据2次方]


式中,I1是40℃时的额定电流。举例说明,当TA=50℃时,I=0.88I1;而当TA=25℃时,I=1.15I1。这表明,额定电流值随温度的降低而增大,这是由于散热条件改善的缘故。


3.2 测量插入损耗的方法

测量插入损耗的电路如图6所示。e是噪声信号发生器,Zi是信号源的内部阻抗,ZL是负哉阻抗,一般取50Ω。噪声频率范围可选10kHz~30MHz。首先要在不同频率下分别测出插入前后负载上的噪声压降V1、V2,再代入(2)式中计算出每个频率点的AdB值,最后绘出插入损耗曲线。需要指出,上述测试方法比较烦琐,每次都要拆装EMI滤波器。为此可用电子开关对两种测试电路进行快速切换。


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