開關電源EMI濾波器的設計

摘 要：燃料電池電動汽車用DC/DC變換器作為一種開關電源，其主電路是很強的電磁干擾源，產生的干擾可能通過電源線進入到控制電路板，從而影響控制電路的正常工作。而控制電路部分也要用小功率的開關電源進行穩壓，因此也可能產生開關噪聲經電源線向外傳輸。所以必須采取措施來隔斷控制電路與外界環境之間的電磁傳導干擾，使控制電路能正常工作，從而保證DC/DC變換器能正常、穩定地工作。

文章編號：1674-3520（2015）-07-00-01

本文以燃料電池電動汽車為大背景，著重討論EMI電源濾波器的設計理論，研制了變換器控制電路部分的EMI電源濾波器，將電源輸入端的傳導干擾降低到相關的汽車電子電磁兼容標準以下。

一、開關電源EMI濾波器的基本概況

近年來，隨著大功率電力電子器件的發展，電力電子裝置在國民經濟和國防建設的諸多領域應用越來越廣泛。而開關電源隨著電力電子技術的發展和成熟，在過去的幾十年里，憑其體積小、重量輕、效率高等優點己經廣泛應用于通信、計算機、控制裝置以及它們的相關設備中。但其在具體應用過程中由于高頻通斷等固有特點，不可避免地產生各種噪聲，且隨著功率的增大而明顯增強，形成一個很強的電磁干擾源.噪聲通過輻射和傳導等途徑污染周圍電磁環境，影響其他電子設備的正常運行，使設備間電磁兼容（EMC）問題只益突出。為此，世界各國都對電氣產品提出了嚴格的EMC標準規定，國際電磁兼容法規定的電源產品的EMC指標已成為一個極為重要的性能參數，直接關系到該產品能否推向市場。

干擾主要包括輻射干擾和傳導干擾，本文研究的重點是傳導干擾。傳導干擾主要包括設備信號線傳導干擾、接地線共地阻抗干擾以及電源線傳導干擾，其中電源線傳導干擾的抑制非布坐女而又最為薄弱。根據噪聲的傳播路徑，抑制電磁干擾的途徑可以有：削弱于擾源的能量，切斷噪聲禍合路徑，提高設備對電磁干擾的抵抗能力。目前抑制干擾的措施大多是設法切斷電磁干擾和受擾設備之間的禍合通道，EMI濾波器就是其中一種行之有效的方法。

二、EMI電源濾波器基本原理分析

根據FCEV對DC/DC變換器的輸入輸出要求可知，燃料電池的輸出電壓320V～480V經過DC/DC變換器變換到312V，因此必須采用具有降壓功能的DC/DC變換器。

該電路有兩種工作模式：電感電流連續模式和電感電流斷續模式。燃料電池轎車用DC/DC變換器工作在電感電流連續模式。經過分析，可得到，表明，輸出電壓代隨占空比D1而變化，由于D1，故V0

從電磁兼容的角度看，主電路是個很強的電磁干擾源。由它產生的電磁噪聲不僅可能干擾其它車載電子電路，還可能會影響到控制電路的正常工作。對于控制電路，除了本身要能在惡劣的電磁環境下正常工作，也要抑制自身發射的電磁噪聲。

三、EMI電源濾波器的元件選取及高頻分析

EMI電源濾波器是由電感、電容等無源器件構成，元件看似簡單，但若選取不當，或對元件的特性掌握不夠，則很難設計出符合要求的高性能的濾波器。特別是因為需要濾除的噪聲對于電感、電容來說是高頻段信號，濾波器的高頻濾波性能往往難以把握，所以有必要對電感、電容等元件進行深入地研究。

四、技術經濟分析

本文設計的是以DC/DC變換器作為開關電源的EMI濾波器，這里 EMI電源濾波器是由電感、電容等無源器件構成，元件看似簡單，但若選取不當，或對元件的特性掌握不夠，則很難設計出符合要求的高性能的濾波器。在實際的設計過程中由于空間上和經濟上的有限，應該在安裝過程中盡量選用小型化和輕量化的元件來加入到其中。具體在安裝時，要求濾波器地外殼與系統地之間有良好的電氣連接。因此需要對兩個安裝接觸面進行處理，去除保護油漆、氧化、雜質等涂覆層。若金屬外殼的濾波器不能直接接地或使用塑封外殼濾波器時，它與設備機殼的接地線應盡可能短。這樣可能會增加部分成本，但是卻能起到完善濾波功能，起到保護共模抑制能力等功能。

五、結論

本文根據DC/DC變換器的控制電路的EMI濾波器的設計作了研究介紹了濾波器的基本原理、關鍵問題、設計方法等，將現有的較為成熟的EMI濾波器理論作了系統詳盡的闡述。提出了濾波器元件的選取原則，研究了元件的高頻特性，結合仿真分析，提出改善濾波器的高頻性能的部分意見；研究了噪聲源阻抗對EMI濾波器的影響，提出了測量并估算源阻抗的方法，并在此基礎上系統地形成了考慮源阻抗時的濾波器設計方法；研究了EMI濾波器加入系統后可能引起的不穩定性問題，提出解決方法；研究了濾波器在實際工程應用中的一些注意事項；根據DC/DC變換器控制電路的實際干擾情況，設計了電源EMI濾波器。這次設計還是有些不足之處，因為條件所限，不能特別準確的去繪制出不同的頻譜分析圖，對加入EMI濾波器前后的傳導干擾結果分析還是不夠系統規范，這些問題還還亟待提高。