如何选择合适的EMI滤波器 EMI滤波器的8个选型参数

EMI(电磁干扰)是电子电路中的常见问题，可能会导致电气设备中出现不必要的噪声和干扰。EMI滤波器旨在减少或消除这些不需要的信号。这里主要是关于如何选择合适的EMI滤波器。

EMI滤波器

一、选择合适的EMI滤波器参数

第一步要确保EMI滤波器满足基本电气要求，这里包括以下参数：

1、额定电压

可以施加到输入的最大电压，超过额定电压可能会损坏过滤器内部的组件。所选滤波器的额定电压必须大于或等于提供给设备的最大输入线电压。

大多数单相EMI滤波器的额定电压为250V/AC，可以在低于该电压的交流电压下工作。三相滤波器的额定电压为480V/AC，一些额定电压为277/300V/AC 的标准单滤波器适用于更高电压的应用。

2、隔离电压

在每条输入线和大地/机箱接地之间测得的隔离额定值（输入和输出之间没有隔离）。

内部滤波器

3、额定电流

EMI滤波器设计在不超过安全温度范围的情况下承载的最大稳态电流，所选滤波器的额定电流应等于或者高于设备在通电时消耗的最大稳态输入电流。滤波器可以处理更高的浪涌电流，但如果长时间超过额定电流，滤波器可能会失效。

4、漏电流

当线路电压施加到滤波器时从“线路”和“中性点”流向“地”的电流。这是因为滤波器中的“线路”至“接地”（Y）电容引起的。带有“Y”电容的EMI滤波器会在器件贡献的基础上增加漏电流。

5、环境温度

环境温度是滤波器设计用于承载其全额电流的最高温度，大多数过滤器的额定环境温度为 40°C 或 50°C。环境温度有时会高于 65°C、70°C 或 75°C。如果实际工作温度超过滤波器的环境温度，则电流必须降额。

EMI滤波器

6、工作温度

工作温度是滤波器可以安全工作的温度范围，对于大部分商用滤波器，工作温度范围为 -25°C 至 +85°C 或 -25°C 至 +100°C。对于军事应用，该温度可以是 -40°C 至 100°C 或 -56°C 至 100°C。在此范围之外的温度下使用过滤器可能会严重损坏其组件。

7、耐压/介电强度

在线路和接地之间施加高直流电压以检查绝缘强度，可以帮助确定绝缘中的任何薄弱点或者制造缺陷。

EMI滤波器有三种基本类型：单级、多级和馈通滤波器。增加级数可提高过滤器性能，同时优化过滤器封装（尺寸）。它还有助于降低截止频率。

单级滤波器是最简单、最常见的EMI滤波器类型，由按特定配置排列的单个电容器和电感器组成。多级滤波器使用多级电容和电感来提供更高水平的衰减。直通滤波器设计用于插入两个印刷电路板 (PCB) 层之间，以滤除 EMI 信号。

二、EMI滤波器滤波特性

EMI滤波特性旨在抑制给定信号的选定频率的传输。最常见的就是简单的EMI低通滤波器，允许低频信号通过。截止频率通常表示信号幅度比标称通带值低 3dB 的点，并且与频率响应一起接受滤波器的电容和电感值影响。

下面为EMI滤波器基本概念的示意图。

EML滤波器

这里需要注意的是输入损耗。输入损耗是指信号强度与传输信号强度之比，通常以dB表示，是滤波器功效的主要特征。如下所示：

输入损耗公式

可以重新使用规则重写，求解滤波后的信号：

输入损耗公式

通常来说，Datasheet 中会插入损耗图，一张用于共模，一张用于差模，通过这些图表显示在输入和输出之间相对于频率的衰减程度。

共模

差模

在某些情况下，没有给出图表，而是在数据表中列出噪声衰减值。通常与衰减使用的频率范围配对。例如：可能指定 150 kHz 和1GHZ 之间的竞减为 30dB。

选择EMI滤波器时，理想的情况是要滤波的电源已经过初步EMC测试，以获得传导发射的基线。通过测试结果设计工程师可以知道在什么频率下发生故障以及发生故障的频率，可以将该信息与EMI滤波器的插入损耗图进行比较，确定是否在失败频率下提供足够的衰减以通过EMC测试。

下面举一个例子：

例如如果共模发射测试在500KHZ时失败了64dB，参考下面的EMI滤波器的共模插入损耗图，显示在500kHZ时，衰减水平约为-75dB。如果应用此 EMI滤波器，可以在500 kHz 时以11 dB 的余量通过 EMC 测试。

共模发射测试

滤波器插入损耗

三、EMI滤波器电路配置

EMI滤波器广泛用于多种不同的电路配置，从单个接地电容到最多包容3个元件的电路。理想的选择取决于手头应用的独特特性和属性，例如：设备阻抗。

下面为常见的EMI滤波器电路配置和特性。

EMI滤波器电路配置

下图说明了在已考虑元件和电路谐振的平衡 50 Ω 系统中满载的几种不同滤波器电路配置的插入损耗与频率之间的关系。

插入损耗与频率之间的关系

四、EMI滤波器计算示例

这里需要滤除不需要的EMI信号的电源电路为例。该电源的输出电压为5V，最大输出电流为1A。输入电压为120VAC、60Hz，电源设计工作频率范围为100kHz至1MHz。

1、确定无用信号的频率范围

在此示例中，频率范围介于 100kHz 和 1MHz 之间。

2、根据频率范围和衰减要求选择合适的EMI滤波器配置

对于这个例子，选择了一个多级 EMI 滤波器，由三级电容和电感组成。

第一级由一个 10µF 电容和一个 10µH 串联电感组成。

第二级由一个 1µF 电容和一个 1µH 串联电感组成.

第三级由一个 0.1µF 电容和一个 0.1µH 串联电感组成。

一旦选择了 EMI 滤波器配置，下一步就是计算组件的值。电容和电感的值是根据频率范围和衰减要求计算的。通常，电容和电感值会随着无用信号频率的增加而增加。

3、组件值计算

计算出元件值后，即可构建并测试EMI滤波器，以确保其提供所需的衰减水平。滤波器的性能可以使用示波器或频谱分析仪进行测量，以确保滤除不需要的信号，同时使所需信号以最小的衰减通过。

电路原理图

将标称电压设置为240V，最大电流设置为 10A。并将1MHz 时的插入损耗设置为-20dB。C1 的值为 6.8uF，L1 的值为 100nH。

输入损耗

输入阻抗

输出阻抗

编辑：黄飞