如何選擇合適的EMI濾波器 EMI濾波器的8個(gè)選型參數(shù)

EMI(電磁干擾)是電子電路中的常見問題，可能會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備中出現(xiàn)不必要的噪聲和干擾。EMI濾波器旨在減少或消除這些不需要的信號(hào)。這里主要是關(guān)于如何選擇合適的EMI濾波器。

EMI濾波器

一、選擇合適的EMI濾波器參數(shù)

第一步要確保EMI濾波器滿足基本電氣要求，這里包括以下參數(shù)：

1、額定電壓

可以施加到輸入的最大電壓，超過額定電壓可能會(huì)損壞過濾器內(nèi)部的組件。所選濾波器的額定電壓必須大于或等于提供給設(shè)備的最大輸入線電壓。

大多數(shù)單相EMI濾波器的額定電壓為250V/AC，可以在低于該電壓的交流電壓下工作。三相濾波器的額定電壓為480V/AC，一些額定電壓為277/300V/AC 的標(biāo)準(zhǔn)單濾波器適用于更高電壓的應(yīng)用。

2、隔離電壓

在每條輸入線和大地/機(jī)箱接地之間測得的隔離額定值（輸入和輸出之間沒有隔離）。

內(nèi)部濾波器

3、額定電流

EMI濾波器設(shè)計(jì)在不超過安全溫度范圍的情況下承載的最大穩(wěn)態(tài)電流，所選濾波器的額定電流應(yīng)等于或者高于設(shè)備在通電時(shí)消耗的最大穩(wěn)態(tài)輸入電流。濾波器可以處理更高的浪涌電流，但如果長時(shí)間超過額定電流，濾波器可能會(huì)失效。

4、漏電流

當(dāng)線路電壓施加到濾波器時(shí)從“線路”和“中性點(diǎn)”流向“地”的電流。這是因?yàn)闉V波器中的“線路”至“接地”（Y）電容引起的。帶有“Y”電容的EMI濾波器會(huì)在器件貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)上增加漏電流。

5、環(huán)境溫度

環(huán)境溫度是濾波器設(shè)計(jì)用于承載其全額電流的最高溫度，大多數(shù)過濾器的額定環(huán)境溫度為 40°C 或 50°C。環(huán)境溫度有時(shí)會(huì)高于 65°C、70°C 或 75°C。如果實(shí)際工作溫度超過濾波器的環(huán)境溫度，則電流必須降額。

EMI濾波器

6、工作溫度

工作溫度是濾波器可以安全工作的溫度范圍，對(duì)于大部分商用濾波器，工作溫度范圍為 -25°C 至 +85°C 或 -25°C 至 +100°C。對(duì)于軍事應(yīng)用，該溫度可以是 -40°C 至 100°C 或 -56°C 至 100°C。在此范圍之外的溫度下使用過濾器可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞其組件。

7、耐壓/介電強(qiáng)度

在線路和接地之間施加高直流電壓以檢查絕緣強(qiáng)度，可以幫助確定絕緣中的任何薄弱點(diǎn)或者制造缺陷。

EMI濾波器有三種基本類型：單級(jí)、多級(jí)和饋通濾波器。增加級(jí)數(shù)可提高過濾器性能，同時(shí)優(yōu)化過濾器封裝（尺寸）。它還有助于降低截止頻率。

單級(jí)濾波器是最簡單、最常見的EMI濾波器類型，由按特定配置排列的單個(gè)電容器和電感器組成。多級(jí)濾波器使用多級(jí)電容和電感來提供更高水平的衰減。直通濾波器設(shè)計(jì)用于插入兩個(gè)印刷電路板 (PCB) 層之間，以濾除 EMI 信號(hào)。

二、EMI濾波器濾波特性

EMI濾波特性旨在抑制給定信號(hào)的選定頻率的傳輸。最常見的就是簡單的EMI低通濾波器，允許低頻信號(hào)通過。截止頻率通常表示信號(hào)幅度比標(biāo)稱通帶值低 3dB 的點(diǎn)，并且與頻率響應(yīng)一起接受濾波器的電容和電感值影響。

下面為EMI濾波器基本概念的示意圖。

EML濾波器

這里需要注意的是輸入損耗。輸入損耗是指信號(hào)強(qiáng)度與傳輸信號(hào)強(qiáng)度之比，通常以dB表示，是濾波器功效的主要特征。如下所示：

輸入損耗公式

可以重新使用規(guī)則重寫，求解濾波后的信號(hào)：

輸入損耗公式

通常來說，Datasheet 中會(huì)插入損耗圖，一張用于共模，一張用于差模，通過這些圖表顯示在輸入和輸出之間相對(duì)于頻率的衰減程度。

共模

差模

在某些情況下，沒有給出圖表，而是在數(shù)據(jù)表中列出噪聲衰減值。通常與衰減使用的頻率范圍配對(duì)。例如：可能指定 150 kHz 和1GHZ 之間的競減為 30dB。

選擇EMI濾波器時(shí)，理想的情況是要濾波的電源已經(jīng)過初步EMC測試，以獲得傳導(dǎo)發(fā)射的基線。通過測試結(jié)果設(shè)計(jì)工程師可以知道在什么頻率下發(fā)生故障以及發(fā)生故障的頻率，可以將該信息與EMI濾波器的插入損耗圖進(jìn)行比較，確定是否在失敗頻率下提供足夠的衰減以通過EMC測試。

下面舉一個(gè)例子：

例如如果共模發(fā)射測試在500KHZ時(shí)失敗了64dB，參考下面的EMI濾波器的共模插入損耗圖，顯示在500kHZ時(shí)，衰減水平約為-75dB。如果應(yīng)用此 EMI濾波器，可以在500 kHz 時(shí)以11 dB 的余量通過 EMC 測試。

共模發(fā)射測試

濾波器插入損耗

三、EMI濾波器電路配置

EMI濾波器廣泛用于多種不同的電路配置，從單個(gè)接地電容到最多包容3個(gè)元件的電路。理想的選擇取決于手頭應(yīng)用的獨(dú)特特性和屬性，例如：設(shè)備阻抗。

下面為常見的EMI濾波器電路配置和特性。

EMI濾波器電路配置

下圖說明了在已考慮元件和電路諧振的平衡 50 Ω 系統(tǒng)中滿載的幾種不同濾波器電路配置的插入損耗與頻率之間的關(guān)系。

插入損耗與頻率之間的關(guān)系

四、EMI濾波器計(jì)算示例

這里需要濾除不需要的EMI信號(hào)的電源電路為例。該電源的輸出電壓為5V，最大輸出電流為1A。輸入電壓為120VAC、60Hz，電源設(shè)計(jì)工作頻率范圍為100kHz至1MHz。

1、確定無用信號(hào)的頻率范圍

在此示例中，頻率范圍介于 100kHz 和 1MHz 之間。

2、根據(jù)頻率范圍和衰減要求選擇合適的EMI濾波器配置

對(duì)于這個(gè)例子，選擇了一個(gè)多級(jí) EMI 濾波器，由三級(jí)電容和電感組成。

第一級(jí)由一個(gè) 10μF 電容和一個(gè) 10μH 串聯(lián)電感組成。

第二級(jí)由一個(gè) 1μF 電容和一個(gè) 1μH 串聯(lián)電感組成.

第三級(jí)由一個(gè) 0.1μF 電容和一個(gè) 0.1μH 串聯(lián)電感組成。

一旦選擇了 EMI 濾波器配置，下一步就是計(jì)算組件的值。電容和電感的值是根據(jù)頻率范圍和衰減要求計(jì)算的。通常，電容和電感值會(huì)隨著無用信號(hào)頻率的增加而增加。

3、組件值計(jì)算

計(jì)算出元件值后，即可構(gòu)建并測試EMI濾波器，以確保其提供所需的衰減水平。濾波器的性能可以使用示波器或頻譜分析儀進(jìn)行測量，以確保濾除不需要的信號(hào)，同時(shí)使所需信號(hào)以最小的衰減通過。

電路原理圖

將標(biāo)稱電壓設(shè)置為240V，最大電流設(shè)置為 10A。并將1MHz 時(shí)的插入損耗設(shè)置為-20dB。C1 的值為 6.8uF，L1 的值為 100nH。

輸入損耗

輸入阻抗

輸出阻抗

編輯：黃飛

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