电源线电磁干扰滤波器-车辆电磁兼容基础

电源线滤波器是由电感、电容等无源器件组成的滤波模块。它允许工频50Hz、60Hz、400Hz电流通过，对于较高频率的电磁干扰波有很大的衰减。

电源线滤波器为双向可逆器件，既能防止电网上的电磁干扰通过电源线进入设备，又能防止设备本身产生的电磁干扰对电网造成污染，使用电源线滤波器是抑制传导干扰的有效手段。

随着开关电源的普遍应用，电源线滤波器已经成为设备中必不可少的器件之一。开关电源虽然具有体积小、调压范围宽、效率高等优点，但是它在工作时产生的干扰十分严重，这种干扰以辐射和传导的形式向外发射。电源线滤波器的作用是解决传导发射，但是由于电源线上的传导发射会导致导线的辐射发射，因此电源线滤波器对减小设备的辐射发射也十分重要。电源线滤波器的原理图如图5-57所示。

差模滤波电容跨接在火线和零线之间，对差模电流起旁路作用。电容值为0.1～1mF。共模滤波电容跨接在火线或零线与机壳地之间，对共模电流起旁路作用。电容值不能过大，否则会超过安全标准中对漏电电流的限制要求，一般在10000pF以下。

图5-57 电源线滤波器的基本结构

L—共模扼流圈 C₁—差模电容 C₂、C₃—共模电容

共模扼流圈：在普通的滤波器中，往往仅安装一个共模扼流圈，利用共模扼流圈的漏电感产生适量的差模电感，起到对差模电流的抑制作用。有时应人为地增加共模扼流圈的漏电感，以提高差模电感量。共模扼流圈的电感量范围为1mH到几十毫亨，这取决于要滤除的干扰频率。频率越低，需要的电感量越大。同时因为共模扼流圈的漏感能够较好地去除差模噪声，因此在电源线滤波器中采用的共模扼流圈一般要求有适度的泄漏电感。

在一般的滤波器中，共模扼流圈的作用主要是滤除低频共模干扰，高频时，由于寄生电容的存在，对干扰的抵制作用已经较小，主要依靠共模滤波电容。

一般地，C₁叫做X电容器，C₂和C₃叫做Y电容器，其工作原理如图5-58所示。

图5-58 常用电源线滤波器

图5-58a中L₁₁和L₁₂为共模扼流圈的漏感分量，它们与C₁构成2阶滤波器对差模噪声进行滤波，而由L、C₂、C₃构成2阶滤波器对共模噪声进行有效的消除。这样就可以防止任何模式的噪声混入到负载端。

另外，因为电源会直接施加到滤波器的两个线圈上，因而线圈的绝缘特性也非常重要。

图5-58所示为一种最为常用的电源线滤波器的结构。如果在电源关闭的状态拔掉交流电插头，C₁就会处于充电状态，就有触电的危险。因此要给C₁并联一个电阻R，使得电容的电荷能够得到有效释放。

图5-58b所示是专门针对差模噪声设计的电源线滤波器，该结构不仅可以防止噪声混入传输滤波器，而且也可以防止设备内部产生的噪声流入商用电源。滤波器的安装位置如图5-59所示。

选择和使用EMI滤波器时，应考虑的主要特性参数有额定电压、额定电流、插入损耗、泄漏电流、阻抗搭配和工作环境条件（温度等），另外还要考虑体积、质量和可靠性等。(www.xing528.com)

（1）额定电压 额定电压是电源滤波器用在指定电源频率时的工作电压，也是滤波器最高允许的电压值。如用在50Hz单相电源的滤波器，额定电压为250V；用在50Hz三相电源的滤波器，额定电压为440V。若输入滤波器的电压过高，会使内部电容损坏。

（2）额定电流 额定电流是滤波器在额定电压和指定环境温度下允许通过的最大连续工作电流。

当电感导线的铜损、磁心损耗以及周围温度等原因导致工作温度高于室温时，就难以确保插入损耗的性能，此时应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的额定电流。

（3）插入损耗 插入损耗是指滤波器接入线路前后，电源传给负载的功率比或端口电压比。

电源线滤波器插入损耗的定义是：在信号源输出阻抗与接收机阻抗都是50Ω的测试系统下，未接入滤波器时信号源输出电压为U₀；接入滤波器后，在滤波器输出端测得信号源的电压为U₁，则滤波器的插入损耗IL（Insertion Loss）为

由于干扰方式有共模干扰和差模干扰两种，所以插入损耗又分为共模插入损耗和差模插入损耗。所谓共模干扰是指叠加于相线、零线和地线之间的干扰电压；差模干扰是指叠加于相线和零线之间的干扰电压。差模和共模插入损耗的测试电路原理如图5-60和图5-61所示。

图5-59 滤波器位置

a）未加滤波器 b）加上滤波器

图5-60 差模插入损耗测试原理图

图5-61 共模插入损耗测试原理图

（4）泄漏电流 电源线滤波器的泄漏电流定义为：在额定交流电压下，滤波器外壳到电源线进线的任一端的电流，其值主要取决于共模电容C_y的漏电流。从滤波器性能方面考虑，共模电容要取得尽可能大，但漏电流也会随之增大；从安全方面考虑，要求漏电流尽可能小。根据滤波器的使用环境，各种安全标准对漏电流有不同的规定，典型值为0.5～5.0mA。