一种能有效抗电网干扰的噪声滤波器

张秀秀

(长治学院 电子信息与物理系，山西 长治 046011)

一种能有效抗电网干扰的噪声滤波器

张秀秀

(长治学院 电子信息与物理系，山西 长治 046011)

介绍了一种有效的噪声滤波器。以分析噪声的传播方式、结合滤波器所需对应的开关电源工作频率为基础来设计滤波器，无需复杂的计算，对不同工作频率的开关电源有较强的针对性。

滤波器；噪声；电磁干扰

前言

在电子设备供电电源上存在各种各样的外来干扰信号。很多电子设备本身在完成其功能同时，也产生了形形色色的 EMI(Electro Magnetic Interference)信号。这些EMI信号，通过传导和辐射的方式，影响着该环境里运行的电子设备。

IBM公司的一项研究表明：一台普通计算机装置每月都会遭受120多次电源干扰。且电源问题是造成美国45％以上的计算机装置丢失数据和发生故障的根本原因。从电源上所受的干扰统计分析，其中脉冲干扰占39.5％，振荡瞬变占49％，这两项共占88.5％，是电源受到干扰的主要成分。针对电网瞬变电压的干扰，如何提高设备(产品)的抗扰度？有效可靠的措施之一就是噪声滤波器。在电源线中往往同时存在共模和差模干扰，一般低于1 MHz频率的干扰以差模为主，高于1 MHz频率的干扰以共模为主。

1 噪声滤波器网络结构

滤波器的电路是无源网络，它具有互易性。把负载接到滤波器的电源端，或接到负载端，原则上都是可以的，特别是在电源内阻(源阻抗)与负载电阻(负载阻抗)相等时，这种互换性测得的插入损耗也是相等的。噪声滤波器是由共模滤波电路和差模滤波电路综合构成。图1为噪声滤波器电路基本结构示意图：L1为共模扼流圈；L2为差模扼流圈；Cx为差模工作电容；Cy为共模工作电容；R为泄放电阻(阻值较高)，在不工作时由R迅速泄放存储在Cx中的电量，以免电击操作人员。

2 噪声滤波器中的滤波电感

噪声滤波器中常见的滤波线圈有共模扼流圈、差模扼流圈。主要用于各种电源滤波器，工作在交流或直流条件。工作在直流条件时，要考虑直流磁化对电感的影响，由于滤波器电感要涉及软磁材料，它不像电阻、电容元件那样只需要正确选择即可。

2.1 共模扼流圈

共模扼流圈是共模插入损耗中起主导作用的电感元件。共模扼流圈是在一个磁环(闭磁路)的上下两个半环上，分别绕制相同匝数但绕向相反的线圈。此结构对相线(L)或零线(N)对地所形成的共模干扰具有电感抑制作用。因为共模干扰是同相的，所以在磁环中所形成的磁力线是互相叠加的而对相线和零线间所形成的差模干扰和工频供电电流无电感抑制作用，因此差模干扰和供电电流是反相的。所以在磁环中所形成的磁力线是相互抵消的，因而命名为共模扼流圈，如图2所示。共模扼流圈使用中与负载并联，通常两个线圈的电感量约为0.3～38 mH。

由于共模电感中的干扰信号比较弱，在低频时，它工作在初始磁导率附近，所以共模电感的推导表达式为

式中，D为磁环平均直径(cm)；A为磁环截面积cm2；μi为磁环初始磁导率；N为线圈匝数。由式(1)可以看出提高电感值的有效途径有三个：即提高匝数N、初始磁导率μi和磁环截面积A，其中以提高匝数最有效，因为它与N成正比。

2.2 差模扼流圈

在高性能噪声滤波器，为了提高差模噪声的抑制性能，往往采取差模扼流圈与Cx电容组成L、T、π等滤波电路。差模扼流圈与共模扼流圈的最大区别在于差模扼流圈与负载直接串接，如图3差模扼流圈结构图，它采用单个绕组结构绕制而不像共模扼流圈那样在一个磁芯上采用两个相同绕组的结构。因此，当通过差模扼流圈的电流过大时，会产生磁饱和现象，电感量随之逐渐下降，为了避免差模磁芯因饱和失去滤波作用，所以磁材的选择尤为重要。

3 噪声滤波器中的电容

在图1噪声滤波器电路结构中，电容器用了两种不同的下标，“Cx”和“Cy”，下标“x”和“y”不仅说明了它们在滤波网络中的作用，还表明了它们在滤波网络中安全等级。

3.1 Cx电容器

Cx电容器是指用于这样场合的电容器，即当该电容器失效后，不会导致工作人员遭到电击、不危及人身安全。在实际应用中，Cx电容器接在单相电源线地L和N之间，它上面除加有额定电压外，还会叠加上L和N之间存在的各种EMI信号峰值电压。例如，因接通或断开电子设备的电源，会在其上叠加≤1200 V的峰值电压。根据Cx电容器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X1和X2两类。

3.2 Cy电容器

首先，要对Cy电容器的电容量进行限制，从而达到控制在规定频率电压作用下，流过它的电流(即漏电流)的大小。对于220 V、50 Hz的电源，它除符合250 V峰值电压的耐压要求外，还要求这种电容器在电气和机械性能方面，具有足够的安全余量，以避免可能出现的击穿短路现象。

4 结论

用文中的方法设计出来的噪声滤波器对噪声有较为明显的抑制作用，有助于减小开关电源受到的传导干扰。由于滤波器使用的环境不同，以及在高频时元件产生的寄生效应，实际的使用效果与设计结果不会完全吻合，特别是接入滤波器的设备阻抗大小对使用效果有比较大的影响，所以针对不同的使用情况，特别是在高频环境下，还需要对滤波器进行具体优化。使用时若加装屏蔽盒，减少外接线，可以使滤波器达到良好的使用效果。

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[4]张钧，刘克成.微带天线理论与工程[M].长沙：国防工业出版社，1988.

[5]钟顺时.微带天线理论与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，1991.

A Kind of Noise Filter for Restraining EMI of Electric Network

Zhang Xiu-xiu
(Department of Electronic Information and physics Changzhi University，Changzhi Shanxi 046011)

A simple and useful procedure for noise filters is presented.This procedure is based on the analysis of noise and the frequency of SMPS.This procedure needs no complex computing and fits SMPSwith certain frequency well.

filter；noise；EMI

TB535+.2

A

1673-2014(2012)02-0053-03

2011—02—10

张秀秀(1980—)，女，山西长治人，讲师，主要从事电子电路方面的教学与研究。

(责任编辑 郝瑞宇)