中心議題：

• 抗干擾濾波器特征
• 抗干擾濾波器的應用
• EMI濾波器中電感材料的選擇

隨著(zhù)開(kāi)關(guān)電源類(lèi)的數字電路的普及和發(fā)展，電子設備輻射和泄漏的電磁波不僅嚴重干擾其他電子設備正常工作，導致設備功能紊亂、傳輸錯誤、控制失靈，而且威脅著(zhù)人類(lèi)的健康與安全，已成為一種無(wú)形污染，并不遜色于水、空氣、噪聲等有形污染的危害。因此降低電子設備的電磁干擾(EMI)已成為世界電子行業(yè)關(guān)注的問(wèn)題。為此歐洲共同體有關(guān)EMC委員會(huì )制定有關(guān)法令于1992年1月1日開(kāi)始實(shí)施，歷時(shí)4年后于1996年1月1日最終生效。
　　
抗干擾濾波器特征
　　
抗干擾濾波器與通常的信號濾波器之間有著(zhù)概念上的區別。信號濾波器是在阻抗匹配的條件下工作，即通過(guò)濾波器要保持輸入與輸出信號振幅不變?yōu)榍疤?，將其中部分頻域作預期的處理和變換。而EMI濾波器用于抑制進(jìn)入設備與出自設備的電磁干擾，具有雙向抑制性。因此這就要求EMI濾波器的端口處與設備產(chǎn)生最大失配。這樣才能使濾波器對電磁干擾的衰減等于自身網(wǎng)絡(luò )的衰減再加上輸入和輸出端口所產(chǎn)生的反射，必須遵循如下規律，見(jiàn)表1。其中Rs為電網(wǎng)輸入阻抗，隨著(zhù)電量大小而變化；RL是EMI濾波器的輸出阻抗，隨負載大小而變。


從電學(xué)角度來(lái)說(shuō)只有阻抗不匹配的條件下才能在濾波器內產(chǎn)生最大的吸收(或損耗)，用EMC俗語(yǔ)稱(chēng)之為“濾波器插入損耗”。EMI濾波器主要是消除或降低傳導干擾。實(shí)際上傳導干擾又分為共模干擾和差模干擾，所謂共模干擾是指相線(xiàn)與地線(xiàn)之間干擾信號的相位相同、電位相等，而差模干擾是相線(xiàn)間干擾信號相位差180°(電位相等)。因此濾波電路也分為抗共模和抗差模干擾電路，參見(jiàn)圖1。

圖中LC1LC2，Cy1Cy2構成共模濾波電路，LC1LC2為共模濾波電感，而Ld1Ld2Cx1Cx2構成差模電路。共模電感Lc一般數值0.3mH～38mH，共模電容Cy，只要控制在漏電電流于<1mA條件下，選擇較大數值為準。而差模電感Ld一般在幾十至幾百微亨，其電容應選耐壓大于1.4kV的陶瓷或聚酯電容。Ld1Ld2差模電感、電容值越大，低頻效果越好。市場(chǎng)上購買(mǎi)的EMI濾波器大都是對共模干擾設計的，對差模抑制效果很差。實(shí)際上開(kāi)關(guān)電源中共模與差模干擾同時(shí)存在，特別對于有源功率因數校正電路中差模干擾的強度很大。

對于開(kāi)關(guān)電源，EMI濾波器對高頻的EMI信號抑制比低頻的EMI傳導消除容易得多。常常利用共模電感的差值形成的差模電感就能消除300kHz～30MHz傳導干擾電平。設計和選用濾波器一定要根據電路的實(shí)際需要而定。首先測出傳導干擾電平與所規定的EMC標準極限比較，一般0.01MHz～0.1MHz是差模干擾起主導作用，0.1MHz～1MHz是差模與共模干擾聯(lián)合作用，而1MHz～30MHz主要是共模干擾起作用。根據實(shí)驗結果來(lái)判斷和選擇對超標信號有抑制作用的濾波器或器件。當然實(shí)際操作相當復雜，要有相當高的技術(shù)水平和經(jīng)驗。
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EMI濾波器中電感材料的選擇
　　
降低電子設備的電磁干擾已成為電子產(chǎn)品是否有市場(chǎng)的關(guān)鍵問(wèn)題。而軟磁材料已成為EMI濾波器中不可少的元件，并起著(zhù)舉足輕重的作用?，F在用軟磁材料制成的各種抑制EMI元器件廣泛地應用于各種電子電路和設備之中。這是因為軟磁材料具有它獨特的性能，致使其在抗電磁干擾領(lǐng)域發(fā)揮主要作用。然而，電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠(chǎng)家希望能得到通用EMI濾波器對所有的電子設備都能把干擾降低到標準以下，這是不現實(shí)的。EMI濾波器的設計要根據該電子設備的EMC標準，即需要衰減EMI信號的頻段范圍和超標電平高低來(lái)選擇，特別是其中的軟磁材料。

因為軟磁材料種類(lèi)繁多，各有自己的電磁特征。除了基本磁參數如Bsμi損耗外，還要利用它們的電特性、電阻率、頻寬、阻抗等。根據所需衰減干擾信號范圍，確定對應的濾波電路，然后再精心挑選適合于該頻段的磁性材料，濾波電感才能達到最經(jīng)濟和最佳效果。想用一種材料滿(mǎn)足各種抗干擾濾波器是不能達到預期效果的，必需選用適合該頻段的磁性材料。從材料的觀(guān)點(diǎn)看，EMI濾波器的作用是阻隔不需要的信號并以發(fā)熱的形式消耗掉，而讓需要的信號無(wú)衰減或幾乎不衰減地通過(guò)。值得指出的是以發(fā)熱形式所消耗掉的能量并不是指線(xiàn)圈在電流作用下的焦耳熱（即I2R）。故在繞制線(xiàn)圈時(shí)一定要選用足夠大線(xiàn)徑的銅線(xiàn)，盡量減少這種能量的損耗。從電學(xué)觀(guān)點(diǎn)可把濾波器中帶有磁性材料的電感在頻率較低時(shí)等效為純電感L和純電阻R的串聯(lián)，其阻抗Z=R＋jωL。對于平均直徑為D的圓環(huán)，根據安培定律和電磁感應定律可得到：
e=N1S•dB/dt
H=N1I/l
　　式中N1，I——為環(huán)形磁芯上激磁線(xiàn)圈匝數和電流；S——磁芯截面積；l——平均磁路長(cháng)度（πD）。
　　用相量表示為：


　式中μ=μ′－jμ″
　　磁芯在低頻時(shí)可等效為：Z=R＋jωL=E/Im
　　代入上式


　于是可以得到:

通過(guò)上式把磁學(xué)參數與電學(xué)參數直接聯(lián)系起來(lái)。它表示磁性材料的磁性參數在電路中充當的角色。式(1)表述電路中的電感直接與磁材料的彈性磁導率μ′有關(guān)，表示器件的儲能大小與頻率無(wú)關(guān)的純電感性。而電路中電阻R與磁性材料復數磁導率的虛數部分μ″有關(guān)。式(2)則既與材料的渦流損耗、磁滯損耗及剩余損耗等有關(guān)，并且與頻率也有關(guān)。反映在電學(xué)上就相當于等效電阻R。

最后都轉變成器件的熱能散發(fā)到空間，而EMI濾波器中的電感能夠濾去干擾信號就是利用了磁性材料的這一特征。從另一個(gè)角度看，EMI濾波電感發(fā)熱是正常的，只要不影響電路的正常工作就行了。圖2是濾波器電感在串聯(lián)等效電路中R與頻率關(guān)系曲線(xiàn)。相當于電感的插入損耗曲線(xiàn)。在低頻段即f〈f1時(shí)，電感在電路中阻抗R小得可以不計，電流風(fēng)乎無(wú)損耗的流過(guò)。在此階段電感磁世間本身耗能很少，主要是線(xiàn)圈發(fā)熱為主（I2R）。

只有大電流工作環(huán)境下才考慮這一部分能量轉換的熱量。如在大功率晶閘管調光燈電路中的抗干擾電感，因為電流高達20A～50A，甚至更高，即使線(xiàn)繞電阻很小，但能量與電流的平方成正比，所以線(xiàn)圈的發(fā)熱量很大。這時(shí)只有增加銅線(xiàn)的線(xiàn)徑（單股或多股），才可使線(xiàn)圈溫度大幅度下降。當頻率在f1～fc頻段時(shí)，由陰抗曲線(xiàn)可以看出等效電阻R隨頻率提高而逐漸增大。這說(shuō)明電路電感儲能的功能隨頻率的升高而降低，損耗隨頻率而增加。在fc點(diǎn)附近等效電阻R迅速增加，從磁學(xué)的觀(guān)點(diǎn)看，磁性材料吸收了電路中的高頻能量轉變成材料內部損耗，如磁疇壁的運動(dòng)及其引起的微渦流效應等微觀(guān)損耗。在fc點(diǎn)附近不再具有貯能作用。而fc的高低與磁性材料性能有關(guān)。

一般來(lái)說(shuō)鐵氧體材料fc高，金屬磁性材料fc；較低。但對同一種材料可改變制作工藝材料的成分，人為地調節fc的高低。當頻率超過(guò)fc以后阻抗開(kāi)始下降，而到f2時(shí)雙出現小的峰值，這是在高頻下寄生電容Cw引起的諧振吸收。這個(gè)峰值的頻率高低與電感分布參數有關(guān)，與材料的性能關(guān)系不大。實(shí)際上EMI濾波電感的抗干擾作用就是利用磁性材料這個(gè)特征。