1、電源濾波器原理—簡介

電源濾波器，又名“電源EMI濾波器”，或是“EMI電源濾波器”，是一種無源雙向網絡，是一種對電源中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電氣設備。

電源濾波器是針對電源端口電磁騷擾的特點而設計的，一般是由電感、電容、電阻或鐵氧體(ti) 器件構成的頻率選擇性二端口網絡，實際上是濾波器的一種，按照工作原理稱之為(wei) 反射式濾波器。它可以在濾波器阻帶內(nei) 提供了高的串聯阻抗和低的並聯阻抗，使它和噪聲源的阻抗和負載阻抗嚴(yan) 重不匹配，從(cong) 而把不希望的頻率分量發射回噪聲源。

當我們(men) 選用電源濾波器時，應主要考慮三個(ge) 方麵的指標：首先是電壓、電流，其次是插入損耗，最後是結構尺寸。由於(yu) 濾波器內(nei) 部一般是經過灌封處理的，因此環境特性不是主要問題。但是所有的灌封材料和濾波電容器的溫度特性對電源濾波器的環境特性有一定的影響。

2、電源濾波器原理—典型結構

根據電源端口的電磁騷擾特點，電源EMI噪聲濾波器是一種無源低通濾波器，它無衰減地將交流電傳(chuan) 輸到電源，而大大衰減隨交流電傳(chuan) 入的EMI噪聲，同時又能有效地抑製電源設備產(chan) 生的EMI噪聲，阻止它們(men) 進入交流電網幹擾其它電子設備。

電源濾波器的典型結構如下圖所示，這是一種無源網絡結構，對交流和直流電源都適用，具有雙向抑製性能。將它插入在交流電網中與(yu) 電源之間，相當於(yu) 這二者的EMI噪聲之間加上一個(ge) 阻斷屏障，這樣一個(ge) 簡單的無源濾波器起到了雙向抑製噪聲的作用，從(cong) 而在各種電子設備中獲得廣泛的應用。

圖中Cx是差模電容器，一般稱為(wei) X電容，電容量宜選為(wei) 0.01-2.22μF，CY1和CY2是共模電容器，一般稱為(wei) Y電容，電容量約為(wei) 幾納法（nF）到幾十納法。C3和C4的電容量不宜選得過大，否則容易引起濾波器甚至機殼漏電的危險。L為(wei) 共模扼流圈，它為(wei) 同向繞在同一個(ge) 鐵氧體(ti) 環上的一對線圈，電感量約為(wei) 幾毫亨（mH）。對於(yu) 共模幹擾電流，兩(liang) 個(ge) 線圈產(chan) 生的磁場是同方向的，共模扼流圈表現出較大的阻抗，從(cong) 而起到衰減幹擾信號的作用；而對於(yu) 差模信號（在這裏是低頻電源電流），兩(liang) 個(ge) 線圈產(chan) 生的磁場抵消，所以不影響電路的電源傳(chuan) 輸功能。

3、電源濾波器原理—工作原理

電源濾波器常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩(liang) 大類。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和複式濾波（包括倒L型、LC濾波、LCπ型濾波和RCπ型濾波等）。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱作電子濾波器。直流電中的脈動成分的大小用脈動係數S來表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。

脈動係數（S）=輸出電壓交流分量的基波最大值/輸出電壓的直流分量

電源濾波器的原理就是一種阻抗適配網絡：電源濾波器輸入、輸出側(ce) 與(yu) 電源和負載側(ce) 的阻抗適配越大，對電磁幹擾的衰減就越有效。

具體(ti) 工作原理如下：交流電經過二極管整流之後，方向單一了，但是大小（電流強度）還是處在不斷地變化之中。這種脈動直流一般是不能直接用來給無線電裝供電的。要把脈動直流變成波形平滑的直流，還需要再做一番“填平取齊”的工作，這便是濾波。換句話說，濾波的任務，就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可能地減小，改造成接近恒穩的直流電。

電源濾波器電路圖設計（一） AC輸入整流濾波電路原理

防雷電路：當有雷擊，產(chan) 生高壓經電網導入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1組成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩(liang) 端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F1、F2、F3會(hui) 燒毀保護後級電路。

輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑製，防止對電源幹擾，同時也防止電源本身產(chan) 生的高頻雜波對電網幹擾。當電源開啟瞬間，要對C5充電，由於(yu) 瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪湧電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間後溫度升高後RT1阻值減小（RT1是負溫係數元件），這時它消耗的能量非常小，後級電路可正常工作。

整流濾波電路：交流電壓經BRG1整流後，經C5濾波後得到較為(wei) 純淨的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。

DC輸入濾波電路原理

輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙π型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑製，防止對電源幹擾，同時也防止電源本身產(chan) 生的高頻雜波對電網幹擾。C3、C4為(wei) 安規電容，L2、L3為(wei) 差模電感。R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪湧電路。在起機的瞬間，由於(yu) C6的存在Q2不導通，電流經RT1構成回路。當C6上的電壓充至Z1的穩壓值時Q2導通。如果C8漏電或後級電路短路現象，在起機的瞬間電流在RT1上產(chan) 生的壓降增大，Q1導通使Q2沒有柵極電壓不導通，RT1將會(hui) 在很短的時間燒毀，以保護後級電路。

電源濾波器電路圖設計（二）

圖6所示是電子濾波器。電路中的VT1是三極管，起到濾波管作用，C1是VT1的基極濾波電容，R1是VT1的基極偏置電阻，RL是這一濾波電路的負載，C2是輸出電壓的濾波電容。

電子濾波電路工作原理如下：

①電路中的VT1、R1、C1組成電子濾波器電路，這一電路相當於(yu) 一隻容量為(wei) C1&TImes;β1大小電容器，β1為(wei) VT1的電流放大倍數，而晶體(ti) 管的電流放大倍數比較大，所以等效電容量很大，可見電子濾波器的濾波性能是很好的。等效電路如圖6（b）所示。圖中C為(wei) 等效電容。

②電路中的R1和C1構成一節RC濾波電路，R1一方麵為(wei) VT1提供基極偏置電流，同時也是濾波電阻。由於(yu) 流過R1的電流是VT1的基極偏置電流，這一電流很小，R1的阻值可以取得比較大，這樣R1和C1的濾波效果就很好，使VT1基極上直流電壓中的交流成分很少。由於(yu) 發射極電壓具有跟隨基極電壓的特性，這樣VT1發射極輸出電壓中交流成分也很少，達到濾波的目的。

③在電子濾波器中，濾波主要是靠R1和C1實現的，這也是RC濾波電路，但與(yu) 前麵介紹的RC濾波電路是不同的。在這一電路中流過負載的直流電流是VT1的發射極電流，流過濾波電阻R1的電流是VT1基極電流，基極電流很小，所以可以使濾波電阻R1的阻值設得很大（濾波效果好），但不會(hui) 使直流輸出電壓下降很多。

④電路中的R1的阻值大小決(jue) 定了VT1的基極電流大小，從(cong) 而決(jue) 定了VT1集電極與(yu) 發射極之間的管壓降，也就決(jue) 定了VT1發射極輸出直流電壓大小，所以改變R1的大小，可以調整直流輸出電壓+V的大小。

電源濾波器電路圖設計（三） 電子穩壓濾波器

圖7所示是另一種電子穩壓濾波器，與(yu) 前一種電路相比，在VT1基極與(yu) 地端之間接入了穩壓二極管VD1。電子穩壓原理如下：

在VT1基極與(yu) 地端之間接入了穩壓二極管VD1後，輸入電壓經R1使穩壓二極管VD1處於(yu) 反向偏置狀態，此時VD1的穩壓特性使VT1管的基極電壓穩定，這樣VT1發射極輸出的直流電壓也比較穩定。注意：這一電壓的穩定特性是由於(yu) VD1的穩壓特性決(jue) 定的，與(yu) 電子濾波器電路本身沒有關(guan) 係。

R1同時還是VD1的限流保護電阻。在加入穩壓二極管VD1後，改變R1的大小不能改變VT1發射極輸出電壓大小，由於(yu) VT1的發射結存在PN結電壓降，所以發射極輸出電壓比VD1的穩壓值略小。

C1、R1與(yu) VT1同樣組成電子濾波器電路，起到濾波作用。

在有些場合下，為(wei) 了進一步提高濾波效果，可采用雙管電子濾波器電路，2隻電子濾波管構成了複合管電路。這樣總的電流放大倍數為(wei) 各管電流放大倍數之積，顯然可以提高濾波效果。

電源濾波器電路圖設計（四）

如圖1（a）所示。是單向脈動性直流電壓波形，從(cong) 圖中可以看出，電壓的方向性無論在何時都是一致的，但在電壓幅度上是波動的，就是在時間軸上，電壓呈現出周期性的變化，所以是脈動性的。

但根據波形分解原理可知，這一電壓可以分解一個(ge) 直流電壓和一組頻率不同的交流電壓，如圖1（b）所示。在圖1（b）中，虛線部分是單向脈動性直流電壓U。中的直流成分，實線部分是UO中的交流成分。

2、電容濾波原理

根據以上的分析，由於(yu) 單向脈動性直流電壓可分解成交流和直流兩(liang) 部分。在電源電路的濾波電路中，利用電容器的“隔直通交”的特性和儲(chu) 能特性，或者利用電感“隔交通直”的特性可以濾除電壓中的交流成分。圖2所示是電容濾波原理圖。

圖2（a）為(wei) 整流電路的輸出電路。交流電壓經整流電路之後輸出的是單向脈動性直流電，即電路中的UO。

圖2（b）為(wei) 電容濾波電路。由於(yu) 電容C1對直流電相當於(yu) 開路，這樣整流電路輸出的直流電壓不能通過C1到地，隻有加到負載RL圖為(wei) RL上。對於(yu) 整流電路輸出的交流成分，因C1容量較大，容抗較小，交流成分通過C1流到地端，而不能加到負載RL。這樣，通過電容C1的濾波，從(cong) 單向脈動性直流電中取出了所需要的直流電壓+U。

濾波電容C1的容量越大，對交流成分的容抗越小，使殘留在負載RL上的交流成分越小，濾波效果就越好。

電源濾波器電路圖設計（五）

圖3所示是電感濾波原理圖。由於(yu) 電感L1對直流電相當於(yu) 通路，這樣整流電路輸出的直流電壓直接加到負載RL上。

對於(yu) 整流電路輸出的交流成分，因L1電感量較大，感抗較大，對交流成分產(chan) 生很大的阻礙作用，阻止了交流電通過C1流到加到負載RL。這樣，通過電感L1的濾波，從(cong) 單向脈動性直流電中取出了所需要的直流電壓+U。

濾波電感L1的電感量越大，對交流成分的感抗越大，使殘留在負載RL上的交流成分越小，濾波效果就越好，但直流電阻也會(hui) 增大。

電源濾波器電路圖設計（六）

圖4所示是π型RC濾波電路。電路中的C1、C2和C3是3隻濾波電容，R1和R2是濾波電阻，C1、R1和C2構成第一節π型的RC濾波電路，C2、R2和C3構成第二節π型RC濾波電路。由於(yu) 這種濾波電路的形式如同希臘字母π和采用了電阻器、電容器，所以稱為(wei) π型RC濾波電路。

π型RC濾波電路原理如下：

（1）這一電路的濾波原理是：從(cong) 整流電路輸出的電壓首先經過C1的濾波，將大部分的交流成分濾除，然後再加到由R1和C2構成的濾波電路中。C2的容抗與(yu) R1構成一個(ge) 分壓電路，因C2的容抗很小，所以對交流成分的分壓衰減量很大，達到濾波目的。對於(yu) 直流電而言，由於(yu) C2具有隔直作用，所以R1和C2分壓電路對直流不存在分壓衰減的作用，這樣直流電壓通過R1輸出。

（2）在R1大小不變時，加大C2的容量可以提高濾波效果，在C2容量大小不變時，加大R1的阻值可以提高濾波效果。但是，濾波電阻R1的阻值不能太大，因為(wei) 流過負載的直流電流要流過R1，在R1上會(hui) 產(chan) 生直流壓降，使直流輸出電壓Uo2減小。R1的阻值越大，或流過負載的電流越大時，在R1上的壓降越大，使直流輸出電壓越低。

（3）C1是第一節濾波電容，加大容量可以提高濾波效果。但是C1太大後，在開機時對C1的充電時間很長，這一充電電流是流過整流二極管的，當充電電流太大、時間太長時，會(hui) 損壞整流二極管。所以采用這種π型RC濾波電路可以使C1容量較小，通過合理設計R1和C2的值來進一步提高濾波效果。

（4）這一濾波電路中共有3個(ge) 直流電壓輸出端，分別輸出Uo1、Uo2和Uo3三組直流電壓。其中，Uo1隻經過電容C1濾波；Uo2則經過了C1、R1和C2電路的濾波，所以濾波效果更好，Uo2中的交流成分更小；Uo3則經過了2節濾波電路的濾波，濾波效果最好，所以Uo3中的交流成分最少。

（5）3個(ge) 直流輸出電壓的大小是不同的。Uo1電壓最高，一般這一電壓直接加到功率放大器電路，或加到需要直流工作電壓最高、工作電流最大的電路中；Uo2電壓稍低，這是因為(wei) 電阻R1對直流電壓存在電壓降；Uo3電壓最低，這一電壓一般供給前級電路作為(wei) 直流工作電壓，因為(wei) 前級電路的直流工作電壓比較低，且要求直流工作電壓中的交流成分少。

電源濾波器電路圖設計（七）

圖5所示是π型LC濾波電路。π型LC濾波電路與(yu) π型RC濾波電路基本相同。這一電路隻是將濾波電阻換成濾波電感，因為(wei) 濾波電阻對直流電和交流電存在相同的電阻，而濾波電感對交流電感抗大，對直流電的電阻小，這樣既能提高濾波效果，又不會(hui) 降低直流輸出電壓。

在圖5的電路中，整流電路輸出的單向脈動性直流電壓先經電容C1濾波，去掉大部分交流成分，然後再加到L1和C2濾波電路中。

對於(yu) 交流成分而言，L1對它的感抗很大，這樣在L1上的交流電壓降大，加到負載上的交流成分小。

對直流電而言，由於(yu) L1不呈現感抗，相當於(yu) 通路，同時濾波電感采用的線徑較粗，直流電阻很小，這樣對直流電壓基本上沒有電壓降，所以直流輸出電壓比較高，這是采用電感濾波器的主要優(you) 點。

電源濾波器電路圖設計（八） 開關電源EMI濾波器典型電路

開關(guan) 電源為(wei) 減小體(ti) 積、降低成本，單片開關(guan) 電源一般采用簡易式單級EMI濾波器，典型電路圖1所示。圖（a）與(yu) 圖（b）中的電容器C能濾除串模幹擾，區別僅(jin) 是圖（a）將C接在輸入端，圖（b）則接到輸出端。圖（c）、（d）所示電路較複雜，抑製幹擾的效果更佳。圖（c）中的L、C1和C2用來濾除共模幹擾，C3和C4濾除串模幹擾。R為(wei) 泄放電阻，可將C3上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性;斷電後還能使電源的進線端L、N不帶電，保證使用的安全性。圖（d）則是把共模幹擾濾波電容C3和C4接在輸出端。

EMI濾波器能有效抑製單片開關(guan) 電源的電磁幹擾。圖2中曲線a為(wei) 加EMI濾波器時開關(guan) 電源上0.15MHz～30MHz傳(chuan) 導噪聲的波形（即電磁幹擾峰值包絡線）。曲線b是插入如圖1（d）所示EMI濾波器後的波形，能將電磁幹擾衰減50dBμV～70dBμV。顯然，這種EMI濾波器的效果更佳。

關於電源濾波電路分析主要注意以下幾點：

（1）分析濾波電容工作原理時，主要利用電容器的“隔直通交”特性，或是充電與(yu) 放電特性，即整流電路輸出單向脈動性直流電壓時對濾波電容充電，當沒有單向脈動性直流電壓輸出時，濾波電容對負載放電。

（2）分析濾波電感工作原理時，主要是認識電感器對直流電的電阻很小、無感抗作用，而對交流電存在感抗。

（3）進行電子濾波器電路分析時，要知道電子濾波管基極上的電容是濾波的關(guan) 鍵元件。另外，要進行直流電路的分析，電子濾波管有基極電流和集電極、發射極電流，流過負載的電流是電子濾波管的發射極電流，改變基極電流大小可以調節電子濾波管集電極與(yu) 發射極之間的管壓降，從(cong) 而改變電子濾波器輸出的直流電壓大小。

（4）電子濾波器本身沒有穩壓功能，但加入穩壓二極管之後可以使輸出的直流電壓比較穩定。