开关电源EMI滤波器的正确选择与使用1

开关电源ＥＭＩ滤波器的正确选择与使用（连载二）２额定电流与环境温度ＥＭＩ滤波器一般采用高导磁率软磁材料锰锌铁氧体，初始导磁率μi＝７００～１００００，但其居里点温度不高，优质的仅为１３０℃左右。导磁率越高，居里点温度越低，典型曲线如图１０所示。除特殊说明外，ＥＭＩ滤波器说明书给出的额定电流均指室温＋２５℃的值；同样，给出的典型插入损耗或曲线也均指室温＋２５℃的值。随着环境温度的升高，主要由电感导线的损耗、磁芯损耗以及周围环境温度等原因导致温度高于室温，结果难于确保插入损耗的性能，甚至烧坏滤波器。由于滤波电容的最高工作温度受到限制也是＋８５℃。我们应该根据实际可能的最大工作电流和工作环境温度来选择滤波器额定电流。图10居里点温度曲线图11额定电流与温度的关系工作电流、额定电流与环境温度之间存在如下关系：式中：Ｉp——容许的最大工作电流；ＩＲ——室温＋２５℃时的额定电流；Ｔmax——容许的最高工作温度，＋８５℃；Ｔa——环境温度；ＴＨ——室温（＋２５℃）。也可用曲线表示（参见图１１）。曲线表示Ｉp/IR∝Ｔa。举例说明：＋２５℃Ｉp＝IR；+45℃Ip=0.816IR；＋５５℃Ｉp=0.5IR；+85℃Ｉp＝０.0因此，要根据工作温度来正确选择滤波器的额定电流；或者用改善滤波器的散热条件（工作环境）来确保滤波器的安全使用。这样，滤波器务必安装在有散热作用的机架、机壳上，切忌安装在绝缘材料上。３耐压、泄漏电流与安全3.1耐压与安全由于ＥＭＩ滤波器安装在ＡＣ电网的输入端，所以除了承受开关电源（滤波器的负载）产生的尖峰脉冲干扰电压外，还要承受来自电网的浪涌电压（电流），特别是浪涌电压，其持续时间长（ms级），能量大（２０００伏浪涌电压是经常出现的）。这些干扰电压由滤波器的Ｃx、Ｃy承受。因此，要求使用专为ＥＭＩ滤波器设计的Ｃx、Ｃy。目前，据了解，因内尚没有这类电容器生产厂家。电容Ｃx或Ｃy被浪涌电压击穿产生的后果，是Ｃx被击穿短路，相当于ＡＣ电网被短路，至少造成设备停止工作；Ｃy击穿短路，相当于将ＡＣ电网的电压加到设备的外壳，它直接威胁人身安全的同时，波及所有与金属外壳为参考地的电路安全，往往导致某些电路的烧毁。国际上，耐压的安全规范各主要工业国家有所区别，表１供参考。表１耐压安全规范国家和测试机构测试标准高压测试R-绝缘KV(1Min.)HzP.N→EP→N106ΩV（1Min.)德国VDE0565.10565.20565.34,3·Vn1.5050P→ＮP.N→E15002000100100瑞士SEV1055.19784,3·Vn2·Un+1,5050P→ＮP.N→E6000100瑞典44329014,3·Vn2·Un+1,5050P→ＮP.N→E6000100英国BS613BS21354,3·Vn1.52.250500P→ＮP.N→E20100加拿大CSAC22.2No.8-M1982(2Vn+0.5)1,4/4≥1，4142Vn+1060P→ＮP.N→E6000/NN=numberCond.11100美国UL12831,01,4141,01,414600600P→ＮP.N→E2-250-举例说明：德国ＶＤＥ0565.2高压测试（ＡＣ）Ｐ，Ｎ→Ｅ1.5ＫＶ／５０Ｈｚ１分钟瑞士ＳＥＶ１０５５高压测试（ＡＣ）Ｐ，Ｎ→Ｅ２·Ｕn＋1.5ＫＶ／５０Ｈｚ１分钟如最大工作电压Ｕn＝２５０Ｖ（ＡＣ），则２·Ｕn＋1.5ＫＶ＝２ＫＶ美国ＵＬ１２８３高压测试（ＡＣ）Ｐ，Ｎ→Ｅ１ＫＶ／６０Ｈｚ１分钟可见，共模电容Ｃy的耐压测试条件（瑞士）ＳＥＶ１０５５比（美）ＵＬ１２８３高出一倍。德国ＶＤＥ0565.1高压测试（ＤＣ）Ｐ→Ｎ4.5ＶnＫＶ１分钟如最大工作电压Ｖn＝２５０Ｖ（ＤＣ）则4.3·Ｖn＝4.3×0.250×2根号２＝3.040ＫＶ１分钟瑞士ＳＥＶ１０５５高压测试（ＤＣ）Ｐ→Ｎ４.3ＶnＫＶ１分钟美国ＵＬ１２８３高压测试（ＤＣ）Ｐ→Ｎ1.414ＫＶ１分钟可见，差电模电容Ｃx的耐压测试条件，瑞士也比美国高出一倍左右。这里要说明的是a.Ｐ→Ｎ耐压测试采用直流电压的原因是因为Ｃx容量较大。如采用交流测试，则耐压测试仪要求电流容量大，造成成本高，体积大。采用直流电压测试就不存在这种问题。但要将交流工作电压换成等效的直流工作电压。如最大交流工作电压２５０Ｖ（ＡＣ）＝２５０×2根号２＝７０７Ｖ（ＤＣ）直流工作电压。所示ＵＬ１２８３安全规范１４１４Ｖ（ＤＣ）＝２·Ｖn。b.国际著名滤波器专业厂说明书中耐压测试条件美国Corcom公司Ｐ，Ｎ→Ｅ２２５０Ｖ（ＤＣ）１分钟Ｐ→Ｎ１４５０Ｖ（ＤＣ）１分钟瑞士Ｓchaffner公司Ｐ，Ｎ→Ｅ２ＫＶ（ＡＣ）１分钟Ｐ→Ｎ不测１分钟国内滤波器专业厂一般参考德国ＶＤＥ安规或参考美国ＵＬ安规。３.2泄漏电流与安全任何典型滤波器电路的共模电容Ｃy都有一端接金属机壳。从分压角度看，滤波器金属外壳都带有１／２额定工作电压，如工作２２０Ｖ（ＡＣ），那么外壳带有１１０Ｖ（ＡＣ）电压。因此，从安全角度出发，滤波器通过Ｃy到地端的泄漏电流要尽可能的小，否则将危及人身安全。图１２描述了一路泄漏电流通过人体构成大地回路的情况（图１２中Ｅ表示滤波器的接地点，ＦＧ表示机架的接地点）。对地电容应为Ｃ１和杂散电容之和。实际上，通过人体的泄漏电流是两路，所以滤波器泄漏电流应为一路泄漏电流的两倍。设备中使用的滤波器愈多，泄漏电流也愈大。因此，千万要加以注意。图12泄漏电流通过人体示意图同样，国际上泄漏电流的安全规范，各主要工业国家也有所区别，表２供参考。表２泄漏电流的安全规范国家安规名称对于一级绝缘的设备，泄漏电流的极限值美国UL478UL12835mA,120V,60Hz;0.5~3.5mA,120V,60Hz加拿大C22.2No.15mA,120V,60Hz瑞士SEV1054-1IEC335-10.75mA,250V,50Hz德国VDE08043.5mA,250V,50Hz这里要说明的是：a.泄漏电流直接和电网电压、电网频率成正比。因此，对于４００Ｈｚ电网频率要特别注意，否则在相同电网电压的情况下，同一滤波器的泄漏电流要增加８倍（对于５０Ｈｚ），很可能不符合安规要求。b.在检验滤波器泄漏电流时，一定要采用符合国际规范的测量电路（如图１３所示）。测量时，滤波器金属外壳不能接地，一定要悬浮。c.三相滤波器的泄漏电流应是各相泄漏电流之和。图13国际规范的泄漏电流测量电路４正确安装方法a.为了滤波器的安全可靠工作（散热和滤波效果），除滤波器一定要安装在设备的机架或机壳上外，滤波器的接地点应和设备机壳的接地点取得一致，并尽量缩短滤波器的接地线。若接地点不在一处，那么滤波器的泄漏电流和噪声电流在流经两接地点的途径时，会将噪声引入设备内的其他部分。其次，滤波器的接地线会引入感抗，它能导致滤波器高频衰减特性的变坏。所以，金属外壳的滤波器要直接和设备机壳连接。如外壳喷过漆，则必须刮去漆皮；若金属外壳的滤波器不能直接接地或使用塑封外壳滤波器时，它与设备机壳的接地线应可能的短。（a）不正确的安装方法（b）正确的安装方法图14滤波器的安装方法b.滤波器要安装在设备电源线输入端，连线要尽量短；设备内部电源要安装在滤波器的输出端。若滤波器在设备内的输入线长了，在高频端输入线就会将引入的传导干扰耦合给其他部分（参见图１５）。若设备内部电源安装在滤波器的输入端，由于连线过长，也会导致同样的结果。c.确保滤波器输入线和输出线分离若滤波器输入、输入线捆扎在一起或相互安装过近，那么由于它们之间的耦合，可能使滤波器的高频衰减降低。若输入、输出线必须接近，那么都必须采用双绞线或屏蔽线。d.要将噪声滤波器正确地连接到设备内部的每一单元。若带有单独电源的若干单元安装在一个机壳内，那么必须把每一个单元视为设备的独立部分。每一单元必须连接各自的噪声滤波器，否则在机壳内，这些单元中的每一单元的噪声都会传导给其他单元（参见图１６）。图15图16