基于合成扼流圈的开关电源EMI滤波器设计

摘要:为改善传统EMI滤波器的滤波性能，分析并采用了合成扼流圈来替代传统分立扼流圈，并根据滤波器阻抗失配原理，通过分析LISN网络与噪声源的阻抗特性，分别对共差模等效电路进行分析与设计，提出了基于合成扼流圈的开关电源EMI滤波器设计方法。试验结果证明，此方法是有效的，并已成功地应用在燃料电池轿车用DC/ DC变换器的控制电路板设计中。

关键词:开关电源;电磁干扰;合成扼流圈;共模电感

由于功率开关管的高速开关动作，开关电源会产生较强的电磁干扰(EM I)信号。为了抑制开关电源对外电磁噪声和外界对内电磁干扰，使得产品能够满足相关EM C标准，有必要在开关电源输入线上添加额外的EMI滤波器。尤其对于车用DC/ DC变换器的控制器来说，周围电磁环境相当恶劣，所应遵循的整车及零部件EMC标准也很严格，因此必须在控制器电源输入线上添加EMI滤波器，使其满足相关EMC标准。

传统的 EMI滤波器一般由共模电感、差模电感和电容等分立元件组成，元件数量多，体积大。分立元件较长的引线造成的分布电感和分布电容对滤波特性有很大的影响。而共差模合成扼流圈利用两个不同特性的磁芯将共模电感和差模电感集成在一起，替代分立的共模电感与差模电感，可以使滤波器尺寸和性能上得到进一步的改善[‘{。

1合成扼流圈

1.1传统扼流圈

共模电感本质上是一种匝数比为i: i的变压器，只是接入回路的方式不同。图i为共模电感的电路符号图与结构图，绕组方向以及磁场强度的方向如图i所示。

加，由L =u/iI可知共模电感量也相应增加。而差模电流经过共模电感时情况则相反，磁通互相抵消，因此差模电感量很小，儿乎为零。理论上共模电感对于共模电流表现为高阻抗，对差模电流表现为零阻抗，主要用来抑制共模噪声干扰。共模电感通常采用干扰抑制专用的铁氧体材料作为磁芯。

差模电感就是单个电感，差模电感中流过的工作电流容易使磁通饱和，从而使该电感对差模噪声电流呈现不出电感而达不到滤波效果，因此差模电感的磁芯选择不易饱和的磁粉芯。

传统的扼流圈由分立的共模电感与差模电感连接而成，因此其较长引线造成的分布电感和分布电容对滤波特性有很大的影响，所以本文采用一种新型合成扼流圈来替代分立的共模电感与差模电感。

1. 2共差模合成扼流圈

图2为集成了共模电感与差模电感的合成扼流圈。这种合成扼流圈是在共模磁芯里面再增加了一个差模磁芯，L线和N线上共差模分别共用一个绕组，绕组方向以及磁场强度的方向见图2}' }。