基于开关电源的EMI滤波器设计与实现

摘要：通过对某型号开关电源的电磁兼容性进行分析和测试，提出了针对此开关电源的干扰抑制滤波器的有效设计方法，并利用PSpice软件进行了滤波器的设计与仿真。遵循设计方法，针对该开关电源的电磁干扰(EMI)滤波器已经实现，通过实际测试结果验证了设计方法的正确性。
关键词：滤波器；开关电源；电磁干扰

1 引言
与传统线性电源相比，开关电源作为一种新型绿色电源，因其具有体积小，重量轻，高效率等优点，在军用和民用领域得到广泛应用。但由于其内部含有高速通断的开关器件并采用特殊的调制方式，因此会产生大量地EMI，从而对其本身及其使用开关电源的产品的整体性能造成严重影响。EMI滤波器是抑制开关电源传导干扰的有效手段，因此有必要对EMI滤波器的设计方法进行深入研究。这里以某型号开关电源作为研究对象，详细叙述了EMI滤波器设计方法，为解决开关电源电磁兼容问题提供了参考。

2 电磁干扰测试方法
2．1 测试时产品工作状态
该开关电源输入电压变化范围为18～36 V，测试时输入电压为28 V，输出稳压为12 V，工作频率约为250 kHz，最大工作电流为4 A。在测试过程中，该开关电源产品一直处于半载工作状态。
2．2 电磁干扰测试方法
开关电源传导干扰主要由差模干扰和共模干扰组成。前者指相线与中线之间流动的电流噪声；后者指相线或中线与地线之间流动的电流噪声。根据干扰信号的特点可粗略地划分为3个频段：0．15～0．5 MHz以差模干扰为主：0．5～5 MHz差、共模干扰共存；5 MHz以上以共模干扰为主。在设计时若哪个频段不达标，可针对该频段加强滤波效果。通常，EMI滤波器由差模网络和共模网络构成，为了确定其中元件参数的具体取值，需先得到差模电流和共模电流的具体数值。测试方法是通过电流探头分离出差模电流和共模电流。其测试框图如图1所示。

若将共模电流和差模电流分别记为Icm与Idm，则在共模电流测试中，测得电流为：
I测量值=I相线+I中线=(Icm+Idm)+(Icm-Idm)=2Icm (1)
而在差模电流测试中，测得电流为：
I测量值=I相线-I中线=(Icm+Idm)-(Icm-Idm)=2Idm (2)
在整个测试频段内，电流探头的因子可用软件补偿，采用自动测试系统测量完毕后，则显然从最终测量值减去6 dB才是共模电流和差模电流的实际电流值大小。其减去6 dB后的测量结果如图2所示。