EMI滤波器的操作原理和错误安装

Ⅰ 介绍

1.1 EMI滤波器定义

这EMI滤波器（电磁干扰过滤器），也称为RFI滤波器或射频干扰滤波器，是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。其滤波电路由电容、电感和电阻组成。无源双向网络：一端是电源，另一端是负载。EMI滤波器的原理是阻抗匹配网络：EMI滤波器的输入和输出侧、电源和负载侧之间的阻抗匹配越大，电磁干扰的衰减越有效。该滤波器可以有效地滤除电源线中的特定频率或外部频率，从而获得特定频率的电源信号，或者消除特定频点之后的电源信号。事实上，EMI滤波器是一种电气设备/电路，可以减轻电源线和信号线路上的高频电磁噪声。

1.2电磁干扰源

电磁干扰（Electro-Magnetic Interference）ˌ电子乐器工业（Electrical Music Industry）ˌ百代唱片（Electrical And Musical Industries.Ltd）是干扰电信号并降低信号完整性的电子噪声。每个电气或电子设备连接都可能成为EMI的潜在来源。它是由宇宙能量对外产生的，如太阳耀斑、雷击、大气噪声、电子设备、电力线等等。很大一部分是沿着电力线产生的，通过电力线传输到设备上。EMI滤波器是设计用于减少或消除噪声干扰的设备或内部模块。

1.3共模噪声和差模噪声

图一。共模和差模电路

利用EMI滤波器的这一特性，可以将通过电源滤波器的方波群或复合噪声转换为特定频率的正弦波。

线路滤波器要抑制的噪声可分为以下两种类型：

1） 共模：两条（或多条）电源线上的同一个噪声，可以看成是电源线对地的噪声。

2） 异态：电源线之间的噪声。

一；一个EMI滤波器将对共模噪声和差模噪声具有不同的抑制能力，并且通常将由对应于抑制的频谱（以分贝为单位）来描述。

1.4为什么我们需要EMI滤波器？

电磁兼容性（电磁兼容性）是衡量电子产品质量的重要指标，它日益成为电子产品设计中的关键。在电源系统的设计过程中，引入电磁兼容设计可以提高电源系统的整体抗干扰能力，延长系统的使用寿命，保证使用安全。因此，电磁干扰滤波器是一种提供良好电磁兼容性的装置。

Ⅱ EMI滤波器的适应原理

电源滤波器中常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波。无源滤波的主要形式有电容滤波器、电感滤波器和复合滤波器（包括倒L型、LC滤波器、LCπ型滤波器和RCπ型滤波器等。）。有源滤波器的主要形式是有源RC滤波器，也称为电子滤波器。DC电流中脉动分量的大小用脉动系数s来表示，该值越大，滤波效果越差。

脉动系数（S） =输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的DC分量

具体工作原理如下：交流电经二极管整流后，方向单一，但电流仍在不断变化。这种脉动DC一般不直接用于无线电电源。因此，有必要将脉动的DC转换成平滑的DC波，这就是滤波。换句话说，滤波的任务是尽可能地减少整流输出电压的波动分量，并将其转换成几乎恒定的DC电源。

根据电源端口的电磁干扰特性，EMI滤波器可以无衰减地向电源传输交流电。这不仅大大降低了交流传输的EMI噪声，还有效抑制了电源产生的EMI噪声，防止它们进入交流电网干扰其他电子设备。

这是一种适用于交流和DC电源的无源网络结构，具有双向抑制功能。将其插在交流电网和电源之间，相当于在交流电网的EMI噪声和电源之间加了一道阻隔屏障，即双向噪声抑制，因此被广泛应用于各种电子产品中。

针对电源终端电磁干扰的特点，设计了电磁干扰滤波器。它通常是由电感、电容、电阻或铁氧体器件组成的选择性双端网络。根据工作原理，它被称为反射滤光片。它在滤波器阻带中提供高串联阻抗和低并联阻抗，这导致它与噪声源的阻抗和负载阻抗严重不匹配，从而将不需要的频率分量转移回噪声源。

Ⅲ 操作原则

下图是EMI滤波器的典型电路图：C1和C2是差模电容，一般称为X电容，电容往往在0.01μF-0.47μF之间；Y1和Y2是共模电容，一般称为Y电容，电容不能太大，一般在几十纳法，太大的话容易造成漏电；L1是一个共模扼流圈，它是一对以相同方向缠绕在同一个铁氧体环上的线圈。电感约为几毫亨。对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场方向相同，共模扼流圈线圈表现出较大的阻抗来衰减干扰信号。对于模式信号，两个线圈产生的磁场抵消，所以不影响电路的性能。需要注意的是，这是初级滤波电路，如果想要更好的效果，可以使用二级滤波。

图二。EMI滤波器的典型电路图

要判断一个EMI滤波器的好坏，就要了解它的性能指标。主要参数：额定电压、额定电流、泄漏电流、绝缘电阻、耐压、工作温度、插入损耗等。最重要的是插入损耗。插入损耗通常用“IL”表示，有时也称为插入衰减。该指标是EMI滤波器性能的主要指标。通常用分贝数或频率特性曲线来表示。是指滤波器接入电路前后，测试信号从电源到负载的功率比或端电压比。分贝数越大，抑制干扰的能力越强。例如，一些插入损耗可以用50欧姆的测试系统来测试。下图显示了EMI滤波器的插入损耗。

图3。电磁干扰滤波器的插入损耗

EMI滤波器分类

有两种主要类型的EMI滤波器：传导EMI和辐射EMI。传导EMI通过导线等导体，而辐射EMI通过空气传播。在高速PCB设计中，高频信号线，集成电路管脚，各种连接器等。可能都成为辐射干扰源，可以发射电磁波，影响系统或子系统的正常工作。

Ⅴ 选择

因此，当采购EMI滤波器、相数、额定电压、额定电流、泄漏电流、认证、体积和形状、插入损耗等。应该充分考虑。额定电压/电流应满足产品要求，泄漏电流不能过大。可选择具有相关认证体系的EMI滤波器。根据实际应用确定其体积和形状。插入损耗大时，抑制能力强等。

除了这些，还有一些细节需要考虑。例如，有些EMI滤波器是军用级的，有些是工业级的。有些专用于家用设备，有些专用于逆变器，有些专用于医疗设备。只有确定了对象，才能选择合适的。只要满足基本条件，价格就是要考虑的关键因素。

Ⅵ 装置

1.EMI滤波器不能有电磁耦合路径。

1）电源线太长。

2）电力线太近。

这两种安装都不正确。问题的关键在于滤波器的输入线和输出线之间存在明显的电磁耦合路径。这样，出现在滤波器一端的EMI信号逃脱了滤波器的抑制，直接耦合到滤波器的另一端而没有衰减。因此，滤波器输入和输出线路必须首先有效分离。

此外，如果上述两种类型的电源滤波器安装在设备的屏蔽内部，由于滤波器（电源）端子上的辐射产生的EMI信号，设备内部电路和组件上的EMI信号将直接耦合到设备外部。因此，设备屏蔽失去了对内部组件和电路产生的EMI辐射的抑制。当然，如果滤波器（电源）上有EMI信号，也会由于辐射耦合到器件内部的元器件和电路上，从而破坏对EMI信号的抑制。

2.不要将电缆捆在一起。

一般来说，在电子设备或系统中安装EMI滤波器时，注意不要将电源端和负载端之间的电线捆绑在一起，因为这无疑会加剧它们之间的电磁耦合，导致EMI信号抑制效果不佳。

3.尽量避免使用长接地线。

建议将逆变器或电机连接到EMI滤波器的输出端，长度不超过30 cm。因为过长的接地线意味着较大的接地电感和电阻，它会严重破坏滤波器的共模抑制。一种更好的方法是用金属螺钉和星形弹簧垫圈将滤波器的屏蔽罩固定在装置电源入口处的外壳上。

4.输入线和输出线必须分开。

有距离不代表并联，因为这样会降低滤波器性能。

5.EMI过滤器外壳必须与外壳接触良好。

变频器专用滤波器金属外壳和外壳必须连接好，接地线也必须连接好。

6.连接线应该是双绞线。

输入输出连接线最好选择屏蔽双绞线，可以有效消除一些高频干扰信号。