雜訊濾波器

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雜訊，其中人為的EMI干擾源，如各種雷達、導航、通信等設備的無線電發射信號，會在電源線上和電子設備的連接電纜上感應出電磁干擾信號，電動旋轉機械和點火系統，會在感性負載電路內產生瞬態過程和輻射雜訊干擾；還有自然干擾源，比如雷電放電現象和宇宙中天電干擾雜訊，前者的持續時間短但能量很大，後者的頻率範圍很寬。另外電子電路元器件本身工作時也會產生熱雜訊等。

這些電磁干擾雜訊，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。另一方面，電子設備在工作時也會產生各種各樣的電磁干擾雜訊。比如數字電路是採用脈衝信號（方波）來表示邏輯關係的，對其脈衝波形進行付里葉分析可知，其諧波頻譜範圍很寬。另外在數字電路中還有多種重複頻率的脈衝串，這些脈衝串包含的諧波更豐富，頻譜更寬，產生的電磁干擾雜訊也更複雜。

各類穩壓電源本身也是一種電磁干擾源。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干擾；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雜訊源，其產生的EMI雜訊既有很寬的頻率範圍，又有很高的強度。這些電磁干擾雜訊也同樣通過輻射和傳導的方式污染電磁環境，從而影響其它電子設備的正常工作。

對電子設備來說，當EMI雜訊影響到模擬電路時，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雜訊所淹沒，而無法進行處理。當EMI雜訊影響到數字電路時，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、控制電路、保護電路、輸入輸出電平檢測電路等，電路相當複雜。這些電路主要由通用或專用集成電路構成，當受電磁干擾而發生誤動作時，會使電源停止工作，導致電子設備無法正常工作。採用電網雜訊濾波器可有效地防止電源因外來電磁雜訊干擾而產生誤動作。

另外，從電源輸入端進入的EMI雜訊，其一部分可出現在電源的輸出端，它在電源的負載電路中會產生感應電壓，成為電路產生誤動作或干擾電路中傳輸信號的原因。這些問題同樣也可用雜訊濾波器來加以防止。

在電源設備中採用雜訊濾波器的作用如下：

（1）防止外來電磁雜訊干擾電源設備本身控制電路的工作；

（2）防止外來電磁雜訊干擾電源的負載的工作；

（3）抑制電源設備本身產生的EMI；

（4）抑制由其它設備產生而經過電源傳播的EMI。

開關電源本身在工作時以及電子設備處於開關工作狀態時，都會在電源設備的輸入端出現終端雜訊，產生輻射及傳導干擾，也會進入交流電網干擾其它的電子設備，所以必須採取有效措施加以抑制。在抑制EMI雜訊的輻射干擾方面，電磁屏蔽是最好的方式。而在抑制EMI雜訊的傳導干擾方面，採用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雜訊限制規則，如美國有FCC，德國有FTZ，VDE等標準。如電子設備不滿足雜訊限制規則，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雜訊濾波器。

3EMI雜訊和濾波器的類型

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

在對電磁干擾雜訊採取抑制措施時，主要應考慮抑制共模雜訊，因為共模雜訊在全頻域特別在高頻域佔主要部分，而在低頻域差模雜訊佔比例較大，所以應根據EMI雜訊的這個特點來選擇適當的EMI濾波器。

電源用雜訊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，構成抑制雜訊濾波器。到底採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。

電源EMI雜訊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雜訊；同時又能有效地抑制電源設備產生的EMI雜訊，阻止它們進入交流電網干擾其它電子設備。

單相交流電網雜訊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路，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。若將此濾波器網路放在電源的輸入端，則L1與CY1及L2與CY2分別構成交流進線上兩對獨立埠之間的低通濾波器，可衰減交流進線上存在的共模干擾雜訊，阻止它們進入電源設備。共模電感線圈用來衰減交流進線上的共模雜訊，其中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，接入電路后在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構成交流進線獨立埠間的一個低通濾波器，用來抑制交流進線上的差模干擾雜訊，防止電源設備受其干擾。

圖2所示的電源雜訊濾波器是無源網路，它具有雙向抑制性能。將它插入在交流電網與電源之間，相當於這二者的EMI雜訊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制雜訊的作用，從而在各種電子設備中獲得了廣泛應用。

共模電感線圈使用的磁芯有環形、E形和U形等，材料一般採用鐵氧體，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形磁芯的線圈泄漏磁通小，故當電感漏磁有可能影響其它電路或其它電路與共模電感有磁耦合，而不能獲得所需要的雜訊衰減效果時應考慮採用E形磁芯作成共模電感。差模電感線圈一般採用金屬粉壓磁芯，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。