emi滤波器设计规范

EMI滤波器设计规范一、目的：1、抑制设备内部EMI，通过电源线，对电网和其他电子设备的干扰，通过EMC的传导和辐射试验测试；2、抑制电网和外部设备EMI通过电源输入线对设备的干扰，通过EMC的抗扰度试验测试；二、参考标准：GJB151A-97军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求GB/T17626.1-1998电磁兼容实验和测量技术抗扰度实验总论GB17625.1-2003电磁兼容限值谐波电流发射限值(设备每相输入电流镇≤16A)GB/T14472-1998抑制电源电磁干扰用固定电容器三、设计原则：1、阻抗失配原则：源内阻是高阻抗的，则滤波器的输入阻抗就应该是低阻抗的，反之也同样成立；2、干扰分离原则：共模干扰与差模干扰分开测量，分开设计滤波参数；四、设计要求：1)规定要求的阻带频率和阻带衰减；（满足某一特定频率fstop有需要Hstop的衰减）；2)对电网频率低衰减（满足规定的通带频率和通带低衰减）；3)低成本。五、滤波器模型及阻抗失配端接要求：滤波器设计一般含有共模电感和差模电感，如果差模电感以共模电感的漏感代替，设计电路为下图：LN2CY2CY1CY1CY1CX2CXL图1：EMI滤波器典型结构设计电路的模型为下图50Ω50ΩCX1CYLCCX2CYLNLD骚扰源图2：一般模型共模模型如下25Ω2CYLN共模LCLD/2噪声图3：共模模型LCM=LC+LD/2(1)CCM=2CY(2)2CyL21)2Cy2/LD(LC21fCCMR,(LCLD/2)差模模型如下：100ΩCY/2LN共模LC2LD噪声CX1CX2图4：差模模型LDM=2LD+LC(3)CDM=Cx1/2=Cx2/2（4）(CY/2可省略)X1CDMDMR,)CLL2(221f差模和共模的衰减曲线如下：图5：衰减曲线六、滤波器设计：1、测量干扰源等效阻抗Zsource和电网等效阻抗；2、测量出未加滤波器前的干扰噪声频谱，并利用噪声分离器将共模噪声VMEASUREE,CM和差模噪声Vmeasure,CM分离，做出相应的干扰频谱；3、计算滤波器所需要的共模、差模衰减：(Vreq,CM)dB=(Vmeasure,CM)－(Vstandard,CM)＋3dB(Vreq,DM)dB=(Vmeasure,DM)－(Vstandard,DM)＋3dB4、斜率分别为40dB/dec和60dB/dec的两条斜线与频率轴的交点即为fR,CM和fR，DM。作Vmeasure，CM－f和Vmeasure，DM－f的切线，切线斜率分别为40dB/dec和60dB/dec，比较可知，只要测量他们与频率轴的交点，即可得出fR,CM和fR，DM图6：差模滤波参数确定：实线为共模目标衰减；虚线为斜率为40dB/dec切线图7：共模滤波参数确定：实线为差模目标衰减；虚线为斜率为60dB/dec切线5、器件选择：1)Y电容：用于电子设备电源的EMI滤波器共模滤波性能常常受到共模电容YC的制约。YC电容即跨接在相线或中线与安全地之间的电容。接地的电流主要就是指流过共模电容YC的电流，由于流过电容的电流由电源电压，电源频率和电容值共同决定，所以漏电流可以由下式估算：6210(mA)gmmYIVfC其中mV为电源电压，mf为电源频率。由于漏电流的大小对于人生安全至关重要，不同国家对不同电子设备接地漏电流都做了严格的规定。若对最大漏电流做出了规定，则可由（11）式可以求出最大允许接地电容值（即YC电容的值）：3max10(μF)2gYmmICVf（12）如GJB151A-97中规定，每根导线的线与地之间的电容值，对于50Hz的设备，应小于0.1μF对于400Hz的设备，应小于0.02μF；对于负载小于0.5kW的设备，滤波电容量不应超过0.03μF。标准中的规定除了要满足（12）式外，还要求YC电容在电气和机械安全方面有足够的余量，避免在极端恶劣的条件下出现击穿短路的现象。因为这种电容要跟安全地相连，而设备的机壳也要跟安全地相连，所以这种电容的耐压性能对保护人生安全有至关重要的作用，一旦设备或装置的绝缘失效，可能危及到人的生命安全。因此YC电容要进行1500－1700V交流耐压测试1分钟。各国家的泄漏电流规定如下：2)X电容：CX指的是应用于这样的场合：当电容失效后，不会导致电击穿现象，不会危及人生安全。CX除了要承受电源相线与中线的电压之外，还要承受相线与中线之间各种干扰源的峰值电压。根据差模电容应用的最坏情况和电源断开的条件，CX电容器的安全等级又分为CX1和CX2两个等级CX电容等级用于设备的峰值电压VP应用场合在电强度试验期间所加的峰值电压VPCX1VP1.2kV出现瞬态浪涌峰值对C0.33uF,VP=4kV对C0.33uF,VP=(0.33)4CekVCX2VP1.2kV一般场合1.4kV若CX的安全性能（即耐压性能）欠佳，在上述的峰值电压出现时，它有可能被击穿，它的击穿虽然不危及人生安全，但会使得滤波器的功能下降或丧失。通常EMI滤波器的差模电容必须经过1500－1700V直流电压1分钟耐压测试。3)共模电感：CY21)f21(LC2CMR，电感的取值、材料的选取原则从以下几个方面考虑：第一，磁芯材料的频率范围要宽，要保证最高频率在1GHz，即在很宽的频率范围内有比较稳定的磁导率；第二，磁导率高，但是在实际中很难满足这一要求，所以，磁导率往往是分段考虑的。磁芯材料一般是铁氧体或者铁粉芯，更好的材料如微晶等。4)差模电感共模电感Lc的漏感Lg也可抑制差模噪声，有时为了简化滤波器，也可以省去LD。经验表明，漏感Lg量值多为Lc量值的0.5％～2％。Lg可实测获得。此时，相应地Cx1、Ccx2值要更大6、器件取值的范围：CX=0.1μF～2μF；CY=2.0nF～33nF；LC=几～几十mH7、注意事项：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短。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。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。以上只涉及到单级滤波器的设计，LC型滤波器衰减程度只有40dB/dec，当要求衰减程度在60～80dB以上的指标时，需要使用多级滤波器。推荐带有开关电源的仪表，用二级EMI滤波器。这样更容易通过传导和辐射的试验。设计举例：2KVA交流测试电源输入EMI滤波器的参数如下：R4011MR4021MC401334K/250VC402223K250V/Y2L4024mHC404334K/250VC405334K/250VC403223K250V/Y2C406332K250V/Y2C407332K250V/Y2F40130A/250VL4031.8mHZP40120D471K其中R401、R402为放电电阻，为了停电后泄放X电容上的存留的电荷，ZP401为压敏电阻，增加静电和浪涌的抗扰度。两级EMI滤波器，第一级未加Y电容。下面是CE认证实验室的传导发射和辐射发射的满载时的实验数据。设计满足CE认证的要求。01020304050607080150k300k400k500k800k1M2M3M4M5M6M8M10M20M30MLevelindB礦FrequencyinHzVoltagewith4-Line-LISNEN55011VoltageonMainsQPA1GROUP.LimitLineEN55011VoltageonMainsAVA1GROUP.LimitLinePreviewResult1PreviewResult2FinalResult1FinalResult2EN55011VoltageonMainsQPA1GROUPEN55011VoltageonMainsAVA1GROUP传导实验数据010203040506070809030M50M60M80M100M200M300M400M500M800M1GLevelindB礦/mFrequencyinHzElectricFieldStrengthEN55011ElectricFieldStrength3mQP.LimitLinePreviewResult1VPreviewResult1HFinalResult1EN55011ElectricFieldStrength3mQP辐射实验数据