标签: EMI滤波器

在当今这个电子设备充斥日常生活的时代，电磁干扰（EMI）已成为一个不容忽视的问题。它不仅可能影响到设备的正常运行，还可能对人体健康造成潜在威胁。为了有效应对这一挑战，EMI滤波器应运而生，成为电子设备中不可或缺的一部分。解析其在保护电子设备、提升系统性能及保障电磁环境安全方面的重要性。 一、EMI滤波器的基本概念 EMI滤波器，全称为电磁干扰滤波器，是一种用于抑制电磁干扰，保证信号传输质量的电子元件。它通常安装在电子设备的电源输入端或信号传输线上，通过滤除不需要的频率成分，减少电磁干扰的传播，从而保护设备免受外界干扰或防止设备自身产生的干扰影响其他设备。 二、EMI滤波器的主要作用 1. 抑制电磁干扰传播 首先，EMI滤波器最直接的作用是抑制电磁干扰的传播。在电子设备中，电源线和信号线往往是电磁干扰的主要传播途径。EMI滤波器通过其内部的电感、电容等元件组成的滤波网络，对电源线或信号线上的高频噪声进行衰减，阻止这些噪声信号进入设备内部或传播到外部环境中，从而保持设备内部信号的纯净度和外部环境的电磁兼容性。 2. 保护设备免受外界干扰 随着电子设备的小型化和集成度的提高，其对外部电磁环境的敏感性也在增加。来自电网、无线电通信、雷电等外部源的电磁干扰可能通过电源线或信号线侵入设备内部，导致设备性能下降甚至损坏。EMI滤波器作为一道防线，能够有效阻挡这些外部干扰，确保设备在恶劣的电磁环境中仍能稳定工作。 3. 防止设备自身产生的干扰扩散 除了抵御外部干扰外，EMI滤波器还能有效抑制设备自身产生的电磁辐射。许多电子设备在工作时会产生电磁辐射，如果不加以控制，这些辐射可能会干扰到周围的其他电子设备。通过在设备的电源线和信号线上安装EMI滤波器，可以显著降低设备对外辐射的电磁能量，避免对其他设备造成不必要的干扰。 4. 提升系统性能 EMI滤波器的使用还可以间接提升整个电子系统的性能。通过减少电磁干扰，系统内部的信号传输更加稳定可靠，误码率降低，数据传输速率和效率得以提高。同时，减少电磁辐射也有助于降低系统的散热需求，提高系统的能效比。 5. 保障电磁环境安全 在医疗、航空航天、军事等对电磁环境要求极高的领域，EMI滤波器的应用更是至关重要。这些领域中的电子设备往往承载着生命安全或国家安全的重要使命，任何微小的电磁干扰都可能引发严重的后果。因此，通过安装EMI滤波器来保障电磁环境的安全稳定，是确保这些领域设备正常运行和使命达成的必要条件。 三、EMI滤波器的设计原则与选型 为了充分发挥EMI滤波器的作用，其设计与选型至关重要。设计时应充分考虑设备的电磁兼容性要求、工作环境特点以及成本效益等因素。选型时则需关注滤波器的频率特性、插入损耗、额定电压电流、体积重量等参数指标，以确保滤波器能够满足实际应用需求。 结语 综上所述，EMI滤波器在电子设备中扮演着至关重要的角色。它不仅是保障设备稳定运行、提升系统性能的关键元件，更是维护电磁环境安全、促进电子设备与自然环境和谐共存的重要手段。随着电子技术的不断发展，我们对EMI滤波器的性能要求也在不断提高。未来，随着新材料、新工艺的应用以及智化、网络化技术的发展，EMI滤波器将更加高效、智能地服务于我们的日常生活和工作中。

　　随着电子技术的发展，电磁兼容性问题成为电路设计工程师极为关注和棘手的问题。 根据多年的工程经验，大家普遍认为电磁兼容性标准中最重要的也是最难解决的两个项目就是传导发射和辐射发射。为了满足传导发射限制的要求，通常使用电磁干扰(EMI)滤波器来抑制电子产品产生的传导噪声。但是怎么选择一个现有的滤波器或者设计一个能满足需要的滤波器？工程师表现得很盲目，只有凭借经验作尝试。首先根据经验使用一个滤波器，如果不能满足要求再重新修改设计或者换另一个新的滤波器。因此，要找到一个合适的EMI滤波器就成为一个费时且高成本的任务。 　　电子系统产生的干扰特性 　　解决问题首先要了解电子系统产生的总干扰情况，需要抑制多少干扰电压才能满足标准要求？共模干扰是多少，差模干扰是多少？只有明确了这些干扰特性我们才能根据实际的需要提出要求。 　　从被测物体的电流路径来看，干扰信号回流路径可能通过地线，或者通过其它电网，如图1所示。通过地线的干扰电流在电源网上产生同相位的共模干扰电压。通过其它线在两根电源线上产生反相的差模干扰电压。干扰电流的路径如图2所示。 图1  干扰信号的回流路径 图2 a）差模干扰滤波和b）共模干扰滤波 　　通常有四种技术可进行电源滤波，以便抑制干扰噪声。在实际使用中，经常是混合使用其中的两种，甚至多种技术。它们是： 正负极电源线之间添加电容，即X电容； 每根电源线和地线之间添加电容，即Y电容； 共模抑制(两根电源线上的抑制线圈同向绕线)； 差模抑制(每根电源线有它自己的抑制线圈)。 　　电容的作用是将高频干扰电压“短路”，另外，当干扰信号频率很高时，抑制线圈将产生很大的交流阻抗。图2显示了两种滤波类型的结构，其中，LISN是用于测量目的的线性阻抗稳定网络。如果是共模问题引起的干扰，Ｘ类型电容基本上没有作用，因为两线上的干扰电压是一样的。因此，了解干扰类型对于选择合理的电路结构将起重要作用，并为解决问题提供技术依据。 　　在标准电磁兼容性测试实验室可得到设备的总干扰情况，但无法了解设备的共模干扰和差模干扰特性。为了在测量中分辨共模或者差模干扰信号，通用的仪器是很难实现的。使用专用的传导测试仪，可获得设备的总干扰、共模干扰和差模干扰。测试结果如图3所示。 图3 传统测试仪获得的总干扰、共模干扰和差模干扰         电源输入阻抗特性 　　滤波器的制造商给出的滤波器插损是在50W标准阻抗系统中的性能。众所周知，电源的输入阻抗随着频率的变化具有不连续性。阻抗的改变导致滤波器的插损特性产生很大的变化。 　　由图4可见，在一个50W的系统中，100mH的滤波器提供约18dB的衰减，但是在一个500W系统中只提供约4dB的衰减。 同样对于100nF电容器；在50W系统中，1MHz时大约23dB的衰减在5W系统中降至7dB。 　　上面的例子说明，选择一个具有很高插损的滤波器也不能很好抑制传导噪声的原因是，电源输入端阻抗的影响。因此，设计者除了选择一个合适的滤波器之外，还需要了解电源的阻抗特性、共模阻抗和差模阻抗。阻抗测试可以借助专用的阻抗测试仪或者传导分析仪。一种滤波器的共模阻抗(a)和差模阻抗(b)的变化如图5所示。 图4 a）100uh电感的衰减 b）100nF电容器的衰减 图5 a）共模阻抗和b）差模阻抗的变化         滤波器的设计 　　知道设备的干扰特性和输入阻抗特性后，设计或者选择一个滤波器就变得简单了。如果使用一个现成的滤波器，可以调用过去积累的滤波器数据库，比对滤波器参数，找到一个合适的滤波器。如果没有合适的或者想专门设计一个专用滤波器，可以借助专用的滤波器设计软件。在确定一个滤波器模式后输入滤波器一些简单的约束条件，设计软件根据阻抗特性自动计算出最合适的组件值，以及提供最合适的衰减。(如图6所示) 图6 一种由软件设计的最佳滤波器 　　设计结果 　　在对某产品进行了干扰特性和阻抗特性测试后，需要解决一个低于5MHz的低频干扰问题。专用滤波器设计软件结合前面得到的测试数据给出了滤波器的元件参数：包括470nF的X电容器，2.2nF的Y电容器和15.1mH的共模电感。但是有经验的滤波器设计人员认为采用一个13.5mH共模电感的滤波器是足够了。使用一个13.5mH包括额外高频组件的滤波器的发射情况如图7所示。 图7 最小15mH的系统使用和18mH时的测试结果 　　为了验证软件的设计数据，将470nF、2.2nF和18mH的非定制的滤波器迅速连接到系统中，获得中心频率小于5MHz，并且无需高频滤波器。结果清楚地表明，最小15mH的限制是合适的。 　　         结语 　　EMI滤波器的设计应该充分考虑干扰特性和阻抗特性，在阻抗测试和干扰特性测试数据基础上进行设计是精确滤波设计的唯一方法。

为大家介绍有关静噪对策的基础知识，从"什么是 EMI? "开始，解说各种静噪元件的工作、使用方法