影响电源EMI滤波器插入损耗的原因及改进方法研究

就抗电磁干扰而言，电源 emi 滤波器实际上是一个低通滤波器，只允许直流和工频通过，即从零频率(直流)到截止频率(工频) ，通过通带的电流(或电压)衰减最小。对于电磁干扰的阻带，衰减应尽可能高，过渡曲线应尽可能陡(即过渡区应尽可能窄)。由于电磁干扰滤波器的衰减定义不同于传统滤波器的衰减定义，传统滤波器的各种传递函数表达式和现成数据及图表不能直接用于电磁干扰滤波器的设计。电磁干扰滤波器的衰减用插入损耗表示。本文将讨论电力电磁干扰滤波器插入损耗的计算，插入损耗产生的原因及改进方法。

EMI滤波器插入损耗的理论分析

Emi 滤波器插入损耗 i l 定义如下:

IL=10log(P1/P2)=20log(U1/U2)(1)

式中，P1和U1分别进行表示当EMI滤波器未插入前（图1（a）），从噪声源us传递到负载RL的功率和电压；P2和U2分别可以表示当EMI滤波器网络接入后（图1(b)），从噪声源信号传递到负载的功率和电压。

图1EMI滤波器连接前后的电路。

在理论上分析 EMI 过滤器的 IL 时，筛选器网络由 A 参数表示：

(2)

那么EMI滤波器的IL表达式可以得到如下：

Il = 20 log | (A11rl A12 a21rsrl a22rl)/(RS RL) | (3)

图2显示了一个高性能EMI滤波器。其中e是共模信号输入。图2中网络的共模等效电路如图3（a）所示，差模等效电路如图3（b）所示。在图3（b）中，le1，le2，CXI，I=1，2，3分别表示等效电感和电容。

图2EMI滤波器网络

图3图2网络的共模与差模等效控制电路

从图3中可以看出。

Ilcombe s 10lg | (RS-RL-2CyD12-2D22) |-20lg (RS-RL) (4)

In which D1 = L1RL+L2RS；; D2 = L1+L2-ω2 L1 2cy+cyr SRL

出于同样的原因，图3(b)所示的差模插入损耗如下:

ILDM=10lg |（B12+B2+RSRLB3）|-20lg（RS+RL）（5）

Tail, B1-RL (1-2Cx2Le2)-2Cx2Le1 (1-2Cx3Le2) and RS (1-2Cx2Le2) -2Cx1Le1 (1-2Cx2Le2): B2 plus 2 plus 2 2 1 (1-2Cx2Le2Le2); B3=ωCx3+ωCx2（1-ω2Cx3Le2）+1-2+2Cx3Le2）-ω3Cx1Cx3Le1-ω3Cx1Cx2Le1（1-2ωcx3Le2）。

影响插入损耗的各种原因

1RS和RL对插入损耗的影响及改进方法

在一般设计中，采用RS/RL=50Ω/50Ω，这有助于简化电磁干扰滤波器的理论计算(将RS和RL视为常数而不是变量)，但RS/RL=50Ω/50Ω的实际应用概率很小。

两种分布参数对插入损耗的影响

在低频段，电感器和电容器的分布特征参数可忽略不计，但在一个较高的频段进行工作时，它们的分布模型参数对IL的影响学生就会通过显示设计出来。而电容器中的分布电感，元件与金属外壳之间，元件与元件之间，印刷电路板布线等均存在主要分布系统参数。这些数据分布不同参数会加入控制电路运算。解决问题元件分布参数对IL的影响有下列几种方式方法：

(1)选择优质元器件，(2)估算元器件分布参数，建立EMI滤波器高频等效模型，并将元件分布参数加入滤波器设计中；(3)如果IL不能满足要求，可以增加滤波器系列；(4)通过元器件布局，印制电路板设计有利于电磁兼容等方法。

3 感应材料特性对IL的影响

在高频下，纳米晶软磁材料的频率响应不如锌铁氧体软磁材料。因此，在高频段，电感应采用锰锌铁氧体软磁材料，这样有利于增加高频段的插入损耗，即提高滤波器对高次谐波的抑制效果。然而，纳米晶软磁材料具有高磁导率（μ0可达135000，μe可达179000）和高饱和磁感应特性，远远优于铁氧体和钴基晶体软磁材料。因此，纳米晶材料有利于共模插入损耗的降低，即通带插入损耗的降低。

4RS、RL与电磁干扰滤波器结构选择的关系

通过（4）可以知道：IL与RS、RL有直接关系，即使EMI滤波器设计达到IL指数，对于不同的RS、RL，其结构如果不正确选择，也无法达到更好的过滤效果。因此，根据RS和RL的实际情况，EMI滤波器结构应遵循以下两个原则：

（1）EMI滤波器的串联一个电感要接到低阻抗源（RS小）或低阻抗进行负载（RL小）；

（2）EMI滤波器的并联电容要接到高阻抗源（RS大）或高阻抗负载（RL大）。只有通过这样，EMI滤波器根据实际管理工作的IL与理论研究分析企业才能发展基本情况一致。

改善插入损耗的方法

当 EMI 滤清器的设计完成，或者实际上频率带的 IL 部分达不到标准，或者需要改进 IL 曲线时，通常有几种方法可以改善插入损失。

1切比雪夫修正系数法

为了克服公式(3)设计中的不足，可以通过引入切比雪夫修正系数M(ω)，即从公式(3)中减去20lg[M(ω)]来改善修正后的插入损耗。切比雪夫修正系数为:

M(ω)=C0+C1ω+C22ω+C33ω+C44ω+C55ω+C66ω+C77ω+C88ω(6)

其中C0 =-22474.82；；C1ω= 56888.04；C2ω=-61886.31；C3ω= 37902.16；C4ω=-14274.88；C5ω= 3380.81；c6ω=-491.16；C7ω= 39.97；C8ω=-1.39 .

2频段修正法

当电气工程设备进行使用不同场合已确定时，该设备的EMI标准我们就得按使用各种场合自己所在企业行业的EMI标准来衡量，例如，某开关控制电源技术用在会计信息管理行业，就可以通过使用网络信息服务行业EMI标准来诊断，即引用GB9254(相当于EN5502)A或B级标准。该标准需要根据一个开关工作电源系统产生共模，差模干扰的特点，把频率主要分为传统三段：0.15～0.5MHz以差模干扰学生为主；0.5～5MHz以差、共模干扰因素共存；5～30MHz以共模干扰能力为主。如果0.15～0.5MHz频段不达标，可以不断加强差模仰制，方法可以是公司增加CX的值，必要时要增加差模线圈；如果5～30MHz频段不达标，可以进一步加强共模仰制，方法可以是成本增加Cy的值，必要时要增加共模的级数（由1级增至2级）。如果没有上述这些措施努力均告失效时，意味着EMI滤波器结构设计有深层次的问题，则应选择重新规划设计。

测试结果与分析

根据图2中的电路，设计了器件参数Cx=470μF，Cy=100μF，L1=L2=80mH。

图 4 插入损失的理论计算和测试曲线

这是一个网络抑制开关电源电流(电压)谐波能力的测试，如图2所示:

在接入图2所示的网络之前，对29英寸彩色电视机和17英寸彩色显示器的开关电源输入端口电流和电压的谐波进行了测量，并在相同条件下反复测量了前者的参数。测量条件为: 首先，被测电子设备严格屏蔽，以防止附近设备和环境的电磁干扰，线路阻抗稳定网络(lisn)的输入阻抗为50。在测量电气设备的传导干扰时，必须在交流电源与被测设备之间连接一个导线。用8793a 谐波分析仪测量电流谐波含量。有代表性的测量结果载于表1。在表1中，thdi 表示电流的总谐波含量，thdv 表示电压的总谐波含量，“ n”表示图2所示的网络。从表1我们可以看到:

(1)在开关电源的传导干扰中，电流谐波干扰起主导作用，是需要抑制的主要对象；

(2)在开关控制电源中，电压谐波分量分析一般都是小于基波分量的6%。

(3)接上图2所示的EMI滤波器后，彩电、彩显开关电源的电流(电压)谐波含量降低到原来的1/3左右。

（四）彩色显示屏开关电源电流（电压）的谐波含量小于彩电。