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开关电源滤波器设计（一） 一、前言 传导 EMI 是由电源、信号线传导的噪声，连接在同一电网系统中的设备所 产生的 EMI会经过电源线相互干扰， 为了对传到 EMI进行抑制， 通常在设备宇电 源之间加装滤波器，本文主要探讨开关电源的 EMI滤波器设计方法。 二、开关电源的传到 EMI来源与组成 开关电源的噪声包含有共模和差模两个分量， 此两分量分别是由共模电流和 差模电流所造成的。图一所示为共模电流和差模电流的关系图，其中 LISN 为电 源传输阻抗稳定网络，是传导性 EMI 量测的重要工具。在三线式的电力系统中， 由电源所取得的电流依其流向可分为共模电流和差模噪声电流。 其中，共模噪声 电流 ICM 指的是 Line 、Neutral 两线相对于接地线 (Ground) 之噪声电流分量， 而差模噪声电流 IDM 指的是直接流经 Line 和 Neutral 两线之间而不流经过地线 之噪声电流分量。 开关电源 图一共模电流和差模电流之关系图 在 Line 上，共模噪声电流和差模噪声电流分量是以向量和的关系结合，而 在 Neutral 上，共模噪声电流和差模噪声电流分量则是以向量差的关系结合， 两者的关系以数学式表示如下： 其中， 为流经 Line 之总噪声电流， 为流经 Neutral 之总噪声电流。 为了有效抑制噪声， 我们必须针对噪声源的产生及其耦合路径进行分析。 共 模噪声主要是由电路上之 Power MOSFET(Cq)、快速二极体 (Cd) 及高频变压器 (Ct) 上之寄生电容和杂散电容所造成的， 如图二所示。 而差模噪声则由电源电路初级 端的非连续电流及输入端滤波大电容 (CB) 上的寄生电阻及电感所造成， 如图三所 示。 图二共模电流耦合路径 图三差模电流耦合路径 开关电源滤波器设计（二） 三、 EMI 滤波器的基本架构 本文所使用的 EMI 滤波器的架构如图四所示，其中的元件包含了共模电感 (LC) 、差模电感 (LD) 、X 电容(CX1、CX2)、Y 电容(CY) ，以下将对各元件作一一 介绍： 图四 EMI 滤波器的架构 1 共模电感 (CM inductor) ： 共模电感是将两组线圈依图五的绕线方式绕在一个铁心上， 这种铁心一般是 采用高值的 Ferrite core ，由于值较高，故电感值较高，典型值是数 mH到 数十 mH之间。图五上的绕线方式会使差模电流相互抵消，故对差模而言不具有 电感的效果，也不易使铁心饱和。 反之对共模电流而言， 其所产生的磁通会加倍， 所以具有电感的效果。一般而言，耦合电感均有漏电感，因此，绕组对差模电流 所产生的磁通无法完全抵消， 这对差模噪声的衰减将会有所效用。 另一方面对共 模电流而言，因为磁通无法完全加倍，这将使得共模电感值降低。 共模电感的漏感量测方式如图六所示， 将两绕组其中一端连接， 由另一端量 图五共模电感 图六共 模电感的漏感测量法