開關(guān)電源EMI濾波器設(shè)計(jì)

摘要：分析了一種典型的開關(guān)電源電路，利用Pspice軟件對(duì)其傳導(dǎo)電磁干擾進(jìn)行仿真研究，以TDK公司提供的元器件模型，提出了一種二階無源EMI濾波器，完全消除了電路輸出信號(hào)中的尖峰干擾，抑制了開關(guān)電源電路中的共模、差模噪聲。同時(shí)，研究源和負(fù)載理想、非理想阻抗特性對(duì)濾波器插入損耗的影響，具有一定的意義。
關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；寄生參數(shù)；尖峰干擾；TDK

開關(guān)電源以其體積小、重量輕、效率高、性能穩(wěn)定等方面的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。然而，開關(guān)電源中功率半導(dǎo)體器件的高速通斷及整流二極管反向恢復(fù)電流產(chǎn)生了較高的du／dt和di／dt，它們產(chǎn)生的尖峰電壓和浪涌電流成為開關(guān)電源的主要干擾源。文中給出的電源濾波器元件主要基于TDK公司提供的模型，該模型考慮了元件的高頻寄生參數(shù)，更符合工程應(yīng)用。

1 開關(guān)電源EMI產(chǎn)生機(jī)理
1．1 開關(guān)電源的電磁干擾源
(1)開關(guān)管產(chǎn)生干擾。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)由于開通時(shí)間很短及回路中存在引線電感，將產(chǎn)生較大的du／dt和較高的尖峰電壓。開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間很短，也將產(chǎn)生較大的di／dt和較高的尖峰電流，其頻帶較寬而且諧波豐富，通過開關(guān)管的輸入輸出線傳播出去形成傳導(dǎo)干擾；
(2)整流二極管反向恢復(fù)電流引起的噪聲干擾。由于整流二極管的非線性和濾波電容的儲(chǔ)能作用，二極管導(dǎo)通角變小，輸入電流成為一個(gè)時(shí)間很短，而峰值很高的尖峰電流，含有豐富的諧波分量，對(duì)其他器件產(chǎn)生干擾。二級(jí)濾波二極管由導(dǎo)通到關(guān)斷時(shí)存在一個(gè)反向恢復(fù)時(shí)間。因而，在反向恢復(fù)過程中由于二極管封裝電感及引線電感的存在，將產(chǎn)生一個(gè)反向電壓尖峰，同時(shí)產(chǎn)生反向恢復(fù)尖峰電流，形成干擾源；
(3)高頻變壓器引起EMI問題。隔離變壓器初、次級(jí)之間存在寄生電容，這樣高頻干擾信號(hào)很容易通過寄生電容耦合到次級(jí)電路，同時(shí)由于繞制工藝問題在初、次級(jí)出現(xiàn)漏感將產(chǎn)生電磁輻射干擾。另外，功率變壓器電感線圈中流過脈沖電流而產(chǎn)生電磁輻射，而且在負(fù)載切換時(shí)會(huì)形成電壓尖峰；
(4)二次整流回路干擾。開關(guān)電源工作時(shí)二次整流二極管、變壓器次級(jí)線圈和濾波電容形成高頻回路，向空間輻射噪聲；
(5)元器件寄生參數(shù)引起的噪聲。主要是開關(guān)管與散熱片、變壓器初、次級(jí)的分布電容及其漏感形成的干擾。
1．2 共模、差模傳導(dǎo)干擾路徑
共模干擾主要為相、中線干擾電流通過M1漏極與散熱片之間的耦合電容通過接地線形成回路，差模干擾則在相線與中線間形成回路，干擾路徑如圖1所示。

參閱資料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，如果將設(shè)計(jì)的EMI濾波器置于電網(wǎng)電源與Lisn之間，可以濾除來自交流電網(wǎng)的傳導(dǎo)性性電磁干擾，但是并沒有考慮開關(guān)電源電路中的傳導(dǎo)性共、差模電磁干擾和輸出信號(hào)中的強(qiáng)尖峰干擾。因此，有必要在開關(guān)電源輸出端添加EMI濾波器用來進(jìn)行干擾抑制，如圖2即文中提出的開關(guān)電源相對(duì)應(yīng)的二階無源EMI濾波器結(jié)構(gòu)。其中，開關(guān)電源輸出為DC 30 V±1％。