1、EMI 电源滤波器的插入损耗分析 2011-11-05 20:21:19 来源:互联网 关键字：EMI 滤波器；插入损耗；共模；差模 摘要：在一般 EMI 滤波器的共模和差模等效电路的基础上，分析了源阻抗和负载阻抗对滤波器插入损耗的影响。提出了共模插入损耗和差模插入损耗的计算方法，推导了滤波器插入损耗与阻抗关系的表达式，并且对这一关系作了仿真分析，仿真结果验证了理论计算和分析的正确性。关键词：EMI 滤波器；插入损耗；共模；差模随着电子设备的不断增多，电磁干扰(EMI)现象越来越严重。在传导干扰中，以电源线传导干扰最为严重。抑制电源线上干扰的主要途径是使用 EMI 滤波器，通常用插入损耗表征滤
2、波器的特性。然而，在实际使用时，即使 EMI 滤波器的插入损耗设计达标，也有可能因为源阻抗和负载阻抗的变化而得不到最佳的滤波效果。本文针对 EMI 滤波器的共模和差模插入损耗进行计算分析，并研究滤波器源阻抗与负载阻抗的变化对滤波器性能的影响，通过仿真验证了方法的有效性。1 EMl 滤波器的插入损耗EMI 滤波器对干扰噪声的抑制能力用插入损耗 IL(Insertion Loss)来衡量。插入损耗定义为：没有滤波器接入时，从噪声源传输到负载的功率 P1 和接入滤波器后，从噪声源传输到负载的功率 P2 之比，用 dB 表示，滤波器接入前、后的电路如图 1 所示。滤波器插入损耗的表达式为式(1)中，R
3、S 和 RL 分别表示源阻抗和负载阻抗； a11、a12、a21、a22 表示滤波器网络的 A 参数。根据式(1)可推导出共模插入损耗的表达式为同理根据式(1)可推导出差模插入损耗的表达式为2 源阻抗、负载阻抗对插入损耗的影响EMI 电源滤波器在不同的源与负载阻抗的情况下，滤波性能有很大的差异。在一般的滤波器产品说明书中，提供的插入损耗值都是在源阻抗和负载阻抗均为 50 的情况下得到的。在实际使用中，滤波器的端阻抗随着工作环境的变化而变化，因而对滤波器插入损耗的影响也很大。 引用美国测量的源阻抗和负载阻抗的变化范围，在 10 kHz10 MHz(军标 CE102 规定的抑制频率范围)，源阻抗变
4、化范围为 01178 ，负载阻抗变化范围为 000710 k。(1)共模插入损耗的分析。对式(2)进行变换得显然，当 f(RS，RL)取最小值时，ILCM 达到最小值。式(6)中，当 RL 不变时，RS 取最大值时，f(RS，RL)取最小值。如图 2(a)所示，当负载阻抗 RL 不变时，源阻抗 RS 越大，共模插入损耗越小。当负载阻抗变大时，共模插入损耗随之变大。如图 2(b)所示，当源阻抗 RS 不变时，负载阻抗 RL越大，共模插入损耗越大。当源阻抗变大时，共模插入损耗逐渐减小。 以上结论可以总结为阻抗最大失配原则，即低源阻抗与高负载阻抗的条件下，失配程度越大，滤波器效果越好。若负载阻抗大于
5、源阻抗，则式(4)可化简为源阻抗在近似计算的过程中可以被忽略，而负载阻抗对共模插入损耗的影响程度是不同的。图 3 所示为源、负载阻抗分别为 01100 、501M 时插入损耗的比较情况。可以看出，高频段中负载变化对插损影响并不大，501M 虽然属于阻抗严重失配的情况，但是源阻抗不趋近于零，而只是小于负载阻抗而已。由式(7)分析可知，在源阻抗小于负载阻抗的条件下，忽略源阻抗的影响，负载阻抗对插损的影响成反比，即负载阻抗越大，共模插人损耗越小；反之，则越大。如图 4 所示，RLo 的取值随着频率的增加而减小，当 RLRLo 时，共模插损逐渐增大。 (2)差模插入损耗的分析。由式(3)可知，令由式(
6、8)中可以看出，当 RS 和 RL 同时增大时，g(RS ，RL)也随之增大。如图 5 所示，同时增大源、负载阻抗，差模插入损耗逐渐增大。若阻抗失配的条件下，即源阻抗小于负载阻抗，式(8)可化简为负载阻抗在近似计算中可以被忽略，而源阻抗对差模插入损耗的影响是不同的。图 6所示为源、负载阻抗分别为 01100、501M、1001M 时，差模插入损耗的比较隋况。由式(7)分析可知，在源阻抗小于负载阻抗的条件下，忽略负载阻抗的影响，源阻抗对插损的影响成正比，即源阻抗越大，插损越大；反之，则越小。3 结束语通过对 EMI 滤波器共模和差模等效电路进行分析，推导出共模、差模插入损耗的计算表达式，并且分别对不同源、负载阻抗对共模、差模插入损耗的影响做了分析，得出如下结论：(1)对共模插损来说，在低源阻抗高负载阻抗的条件下，失配程度越大，共模插损越高，滤波器性能越好。当源阻抗小于负载阻抗时，忽略源阻抗的影响，负载阻抗对插损的作用成反比，即负载阻抗越大，共模插入损耗越小；反之，则越大。(2)对差模插耗来说，在高源阻抗高负载阻抗的条件下，差模插入损耗越高。当源阻抗小于负载阻抗时，源阻抗对差模插入损耗的作用成正比，即源阻抗越大，插损越大；反之，则越小。(3)RLo 的取值随着频率的增加而减小，当 RLRLo 时，共模插损逐渐增大。(本文转自电子工程世界：http:/
