干货分享！如何选用电源滤波器

电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路，又名“电源EMI滤波器”，或是“EMI电源滤波器”，一种无源双向网络，它的一端是电源，另一端是负载。电源滤波器的原理就是一种——阻抗适配网络：电源滤波器输入、输出侧与电源和负载侧的阻抗适配越大，对电磁干扰的衰减就越有效。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。

电源滤波器的目的是在抑制电磁噪声，噪声的影响可分为以下二种：1)发射(Emissions)：是要将由设备产生，影响电源或其他设备的噪声降到法规(例如FCC part 15)允许值以下，例如由开关电源产生的噪声。2)抗扰(Immunity)：是要将进入设备的噪声降低到不会使设备出现异常动作的程度，例如用在广播电台发射设备中的仪器。电源滤波器要抑制的噪声可分为以下的二种：1)共模：在二条(或多条)电源线都相同的噪声，可视为电源线对地的噪声。2)差模：电源线和电源线之间的噪声。同一个电源滤波器对于共模噪声及差模噪声的抑制能力会有所不同，一般会用频率对应抑制量(以分贝表示)的频谱来说明。

1. 分析电磁干扰的类型

差模干扰和共模干扰的区分：

首先要确定开关电源中主要的电磁干扰类型。差模干扰是指在两根电源线之间存在的干扰信号，其电流在两根线中大小相等、方向相反。共模干扰则是指在电源线与地之间存在的干扰信号，两根电源线中的干扰电流方向相同。一般通过专业的电磁干扰测试设备来测量和分析干扰类型。例如，使用频谱分析仪可以观察到干扰信号的频率分布和幅度，从而判断是差模还是共模干扰占主导。

干扰频率范围的确定：

了解电磁干扰的频率范围至关重要。开关电源产生的电磁干扰频率范围较广，通常从几十 kHz 到几百 MHz。通过测试确定主要干扰频率后，就能有针对性地选择滤波器的截止频率。例如，如果主要干扰频率在 100kHz - 1MHz 之间，那么滤波器的截止频率应适当低于 100kHz，以有效滤除干扰信号。

2. 根据干扰类型选择滤波器类型

差模滤波器：

结构和原理：

差模滤波器主要由差模电感和差模电容组成。差模电感一般是一个绕在磁芯上的线圈，它对差模电流呈现出一定的电感抗，阻止差模干扰信号通过。差模电容则是连接在两根电源线之间，用于旁路差模高频干扰信号到地。

适用场景：

当开关电源的差模干扰较为严重时，如在电源输出端出现较大的纹波电压，差模滤波器可以有效降低纹波。例如，在一些对输出电压稳定性要求较高的电子设备电源(如电脑主板电源)中，差模滤波器是必不可少的。

共模滤波器：

结构和原理：

共模滤波器的核心元件是共模电感和共模电容。共模电感有两个绕组，分别绕在同一个磁芯上，当共模电流通过时，两个绕组产生的磁场方向相同，电感量加倍，对共模电流产生很大的阻抗。共模电容则是连接在电源线与地之间，用于滤除共模干扰信号。

适用场景：

在开关电源中，由于开关器件的高速开关动作和电路布局等因素，很容易产生共模干扰。共模滤波器适用于抑制这种共模干扰，特别是在抑制电磁辐射方面效果显著。例如，对于需要通过电磁兼容性(EMC)认证的开关电源产品，共模滤波器是关键的组成部分。

3. 考虑滤波器的参数

电感值的选择：

差模电感：

差模电感值的大小影响对差模干扰的抑制效果。一般来说，电感值越大，对低频差模干扰的抑制能力越强，但过大的电感值可能会导致电感体积过大、成本增加以及在高频时性能下降。在实际选择中，需要根据干扰频率和电流大小来确定。例如，对于小功率开关电源(功率小于 100W)，差模电感值可以选择在几百微亨到几毫亨之间。

共模电感：

共模电感值的选择同样要考虑干扰频率和电流。共模电感值越大，对共模干扰的抑制效果越好，但也会带来类似差模电感的问题。通常，共模电感值在几毫亨到几十毫亨之间。例如，在一些医疗设备电源中，为了确保良好的电磁兼容性，共模电感值可能会选择较大的值。

电容值的选择：

差模电容：

差模电容用于旁路差模干扰信号，其电容值的选择要考虑滤波频率和耐压值。一般来说，电容值越大，对高频差模干扰的滤波效果越好，但要注意耐压值要满足电源的工作电压要求。例如，在常见的开关电源中，差模电容可以选择在几百纳法到几微法之间，耐压值根据电源输入电压而定，一般为输入电压峰值的 1.5 - 2 倍。

共模电容：

共模电容的作用是滤除共模干扰信号，其电容值通常比差模电容小。共模电容值的选择要考虑电磁干扰的频率和电源的接地情况。一般在几纳法到几十纳法之间。例如，在通信设备电源中，共模电容值可能会根据通信频段的要求进行调整，以确保良好的电磁兼容性。

高压环境下的选型要点

高压环境主要应用于电力系统的大型设备，如变电站、高压输电线路等，电压通常在10kV以上。在高压环境下，电源滤波器的选型面临着更高的技术要求。额定电压必须严格满足高压电网的要求，并且要具备足够的耐压能力，以承受可能出现的过电压冲击。例如，在110kV的高压输电系统中，滤波器的额定电压和耐压等级需要经过精确计算和严格测试，确保在各种恶劣条件下都能稳定工作。

环境适应性也是高压环境下选型的重要考虑因素。高压设备通常安装在户外或恶劣的工业环境中，电源滤波器需要具备良好的耐候性、防潮性和防尘性，以应对高温、低温、潮湿、灰尘等恶劣环境的影响。同时，高压环境下的电磁干扰强度更大，对滤波器的插入损耗和滤波带宽要求更高。需要选择具有高性能的滤波器，能够有效抑制高压电网中的各种电磁干扰，保障电力系统的稳定运行。

不同电压等级下，电源滤波器的选型要点各不相同。在低压、中压和高压环境下，都需要综合考虑额定电压、额定电流、插入损耗、阻抗匹配和环境适应性等因素，选择合适的电源滤波器，为电子设备和电力系统提供可靠的电磁干扰防护。

电源滤波器又称“电源EMI滤波器”或者“EMI电源滤波器”，这是一种由电容、电感和电阻组成的滤波器，是滤波器的一种。它的作用是：对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到所需要的有效信号。

它是一种无源双向网络，一端是电源，另一端是负载，因此是一种阻抗适配网络，主要是针对电源端口电磁骚扰的特点而设计，电源滤波器一般都设计为低通式，作为电子产品，工作的可靠性是它重要的特点，由于电磁噪声存在使得电子产品受到其他设备的干扰导致工作异常。对于任何电源线上高频传导骚扰信号，都可以用差模干扰信号和共模干扰信号来描述。差模干扰在两传输导线之间流动，属于对称性干扰;共模干扰在传输导线与地之间传输，属于非对称性干扰。

电源滤波器原理

如下图是电源滤波器典型电路图，其中：C1、C2是差模电容器，一般称为X电容，电容容量很多时候选择在0.01μF到0.47μF之间;Y1和Y2是共模电容，一般称为Y电容，电容量不宜过大，一般在几十纳法左右，选的太大容易引起漏电;L1为共模扼流圈，它为同向绕在同一个铁氧体环上的一对线圈，电感量约为几毫亨，对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，共模扼流圈表现出较大的阻抗，从而起到衰减干扰信号的作用;而对于差模信号，两个线圈产生的磁场抵消，因此不会影响到电路的性能。需要注意的是这是一级滤波器电路，如果想要效果得到更好可以采用二级滤波。

电源滤波器性能指标

判断一个电源滤波器优劣就要了解电源滤波器有哪些性能指标，电源滤波器的主要参数有：额定电压、额定电流、漏电流、绝缘电阻、耐压值、工作温度、插入损耗等。其中最重要的是插入损耗，插入损耗经常用“IL”来表示，有时候也称插入衰减，这项指标是价电源滤波器性能优劣的主要指标，通常用分贝数或频率特性曲线来表示。它是指滤波器接入线路前后，测试信号从电源端传到负载端的功率比或端口电压比。分贝数越大，说明抑制干扰的能力就越强。例如插入损耗有些可以用50欧姆测试系统测试。

如何选择因此选购电源滤波器时候，要充分考虑相数、额定电压、额定电流、漏电流大小、认证、体积以及形状、插入损耗等，额定电压/电流要符合产品所需，漏电流不能选择太大的，选择有相关认证体系的电源滤波器，体积和形状根据实际来决定，插入损耗选择抑制能力强一点的等等。

除了这些还需要根据实际需要，例如有些电源滤波器是军用级的有些是工业级的，有些是家庭设备专用，有些是变频器专用，有些是医疗设备专用......只有确定了使用对象才能选择好适合自己的电源滤波器，其实只要基本条件满足的话，很多时候都是考虑价格成本的问题。