一文读懂AC-DC转换器选择EMI滤波器的精髓

对于AC-DC转换器而言，就是将交流电变为直流电的设备。那么，AC-DC转换器选择EMI滤波器？这个话题看似有点复杂，下面我们一起领域精髓所在吧！

模块化AC线路滤波器通常出现在终端设备中，无论是安装在机板上还是集成在连接器上，特别是在诸如通讯、医疗保健和工业电子等环境中的应用。滤波器的目的是衰减由电源、内置电子设备、高速数据线等组合而成的设备产生的辐射。

内置电源通常自行满足法定辐射标准，通常为EN55011/EN55032，为什么需要额外的滤波器？兼容组件不一定保证兼容系统。如果有多个AC-DC转换器，它们的辐射可能会增加。此外，一个AC-DC将在AC线路阻抗、负载、部件相对于接地平面的方向和位置的特定条件下进行测试，包括设定长度和电缆布线以及被动负载。当安装于设备内时，转换器将不会看到这些相同的条件，辐射可能会更高。连接到终端设备电源插座也可能会接收到其他系统部件的辐射，从而增加传导干扰。

EMI合规性可能需要额外的滤波器

典型的解决方案是安装在设备电源插座连接器中或其附近的模块化滤波器。为了获得最  佳的性能和成本，从许多可用的滤波器中选择并不是一件容易的事情，因此为了帮助您，让我们参考一个典型的滤波器图列并查看每个组件的功能。（图1）。

图1：典型的模块化EMI滤波电路

CX衰减差模噪声，即从线路到中性点的噪声。它是一个“X”额定电容器，能够承受特定的AC线路瞬态，这取决于环境的“过压”等级。根据EN60384-14，可提供X1、X2或X3类型，峰值工作电压额定值分别为4kV、2.5kV和1.2kV。如果电容器因应力短路，有起火的危险，所以元件必须经过安全机构认证。CX的电容值可以很高，仅受实际考虑的限制：当AC线路被下游电路或R1断开时，它必须在规定的时间内放电，以避免在连接器引脚上留下潜在的危险电压。根据通讯的安规标准EN62368-1，如果CX大于300nF，两秒钟后，限值小于60V，对于小于300nF的值，允许更高的电压，或在只有经过培训的人员才能进入的环境中。在医疗设施中，根据EN60601-1，在1秒内限制为60V，但如果CX小于300nF，则无要求。

R1必须额定为最  高的连续线路AC电压，并且根据EN62368-1，如果安装在保险丝之前，它还必须承受不超过10%电阻值偏差的瞬态电压。对于CX的较大值，R1必须是相对较低的电阻，以达到放电时间规范，从而产生显著的连续功耗。当试图达到美国能源部和欧洲企业资源规划指令规定的空载或备用损耗限制时，这可能会有问题。

L是一个“电流补偿”双绕组电感器，它衰减共模噪声，共模噪声通常由高开关频率电压产生，通过内部电源电容将噪声电流驱动至地面，并通过线路和中性点返回。如图所示，正常运行电流产生的磁场抵消，线路和中性点上的“共模”电流一起“看到”高阻抗。这两个电容器会转移电流，使其局部循环，而不是通过AC电源。当运行电流场抵消并防止磁芯饱和时，L1可以是一个高值，但有时故意减小绕组耦合以允许一些漏感，这有助于差模衰减，可能降低CX的值。

两个电容器CY还必须经过安全机构认证，因为如果其中一个发生短路故障，并且设备接地断开，则设备外壳可以带电。即使没有电容器故障，如果接地连接意外断开，外壳也会有足够的“漏电流”产生冲击，因此根据适用标准，电容值被限制为提供最  大“接触”和“外壳”漏电流。在一些带有硬接线接地的工业区域，限值可能为毫安，在“心脏漂浮”医疗环境中，限值小于10微安。电容器也根据AC电源等级进行了规定；Y1、Y2、Y3和Y4，峰值测试电压高达8kV。

图1中的保险丝通常包括在面板安装的模块化滤波器中，例如流行的IEC320-C14类型（图2）。有些标准要求只有线路连接是熔合的，而医疗和通讯上的其他标准则要求线路和中性线都是熔合的。在单次熔断时，如果输入意外反转，则保险丝处于中性点，当中性点和接地共用时，将被旁路，从而使保护依赖于上游保险丝或断路器，这些保险丝或断路器可能与其他设备共用，因此具有高电流跳闸额定值。进入滤波设备的电流可能代表火灾危险。线路和中性点熔断，反向电源现在被覆盖。但是，如果中性点连接中的保险丝因线路对中性点过电流等故障而断开，则设备显然是“死”的，但内部有带电连接。为了解决这个问题，可以使中性点保险丝的值比线路高一步，这样线路保险丝就会首先正常断开。

模块化滤波器的选择

模块化滤波器可采用各种机械形式；机板安装型，通常带有直接固定在接地机板上的六面屏蔽，对于保险丝和插孔连接器的短接线非常有效。带内置滤波器的IEC入口连接器是一种常见的选择，可采用螺旋式或卡入式安装，根据应用环境配备一个或两个保险丝。C14型额定电流为10A，C20型额定电流为20A及以上。

每种类型的版本都不带“Y”电容器，可用于最  大漏电流通常为5μa的医疗应用。这可减少共模噪声衰减，例如，级联滤波器可能需要允许共模噪声衰减。

负载功率设置滤波器的额定电流，允许最  低的输入电压和负载功率因数。例如，对于功率因数为0.8、最  小90VAC，负载为300W，电流消耗为300/（0.8x90VAC）=4.16A，这表明需要一个5A额定滤波器。

模块化滤波器已经发布了随频率衰减的图表，可以通过测量性能来选择一种类型，而无需使用滤波器，然后将其从目标中减去，得到所需的滤波器衰减。滤波器的性能数据是在特定的测试条件下得到的，通常有50欧姆的电源和负载阻抗，因此实际上衰减取决于终端电路。AC电源阻抗可以使用线路阻抗稳定网络（LISN）标准化，但负载可能与50欧姆非常不同，随频率变化，甚至显示负增量阻抗。另外，与其他串联滤波器共振的危险也会导致意想不到的结果，甚至在特定频率下放大而不是衰减EMI。

作为实验，XPPower的PBR500PS12B型AC-DC转换器的EMI性能在230VAC和180W负载下绘制，结果如图3所示。根据标准要求，转换器符合EN55032曲线B级辐射限值，具有良好的裕度，用于准峰值检测。增加了一个额外的滤波器，型号为XPPowerFCSS06SFR，衰减特性如图4所示。实线是共模和虚线差模衰减。

图5给出了对辐射的综合影响图，显示了在大约1MHz的情况下，总衰减（单位：dB）是原始的加上滤波器值。但在几个MHz以上，衰减比预期的要小。这是由于滤波器在高频时没有“看到”50欧姆的终端，降低了其衰减效应，并确认了实际测量的必要性，以确认符合辐射限值。

图3:AC-DC电源，仅限内部滤波器

图4:XPFCSS06SFR型模块化滤波器

图5：添加外部滤波器的AC-DC电源

帮助

模块化EMI滤波器的类型和性能是一个复杂的选择，对于在产品发布临近时，在EMC测试中避免潜在的重新设计成本至关重要。使用大型滤波器过度杀戮成本高昂，甚至会产生意想不到的结果。制造商XPPower可以提供帮助，拥有广泛的滤波器补充其AC-DC转换器产品，可以选择IEC和机板安装格式的电流额定值和衰减特性。版本可用于所有应用，包括低漏类型的医疗，但更多计划用于大电流和三相应用。多级滤波器也可用于增加衰减以及根据需要自定义版本。

XPPower为其产品提供全面的应用支持，并可以通过在全球各地免费使用内部EMC测试设施，协助客户产品的预合规性测试。