为什么要设计EMI低通滤波器来增加插入高频损耗？（AC输入开关电源设计系统）

关键点1：

共模干扰的产生：开关电源（开关MOS管输出功率较大时开关MOS管会增加散热器设计）与大地（测试系统的参考接地板）之间存在分布电容；开关MOS及输出整流二极管在电路中方波电压的高频分量通过分布电容传入到大地（参考接地板）；这样就形成与电源线的回路。或者说;高频分量通过分布电容与电源线构成回路产生共模骚扰！

关键点2：

差模干扰的产生：主要是开关电源中开关管工作在开关状态；当开关管开通时流过电源线的电流线性上升；开关管关断时电流又突变为O;因此流过电源线的电流为高频的重复三角波脉动电流；其含有丰富的高频谐波分量；随着频率的升高该谐波分量的幅度会越来越小；因此差模骚扰是随频率的升高而降低的！

注意：随着频率的升高我们开关器件对地之间分布电容变得很关键！此时共模的干扰就变得越来越高，小的共模电流就会产生大的干扰！

这部分我可以通过EMI测试系统的CM/DM分离器就可以得到数据。

下图直观的显示共模和差模骚扰的回路路径；

如上图：开关电源系统产生的噪声包含共模噪声和差模噪声。共模干扰是由于载流导体与大地之间的电位差产生的，其特点是两条线上的杂讯电压是同电位同向的；而差模干扰则是由于载流导体之间的电位差产生的，其特点是两条线上的杂讯电压是同电位反向的。

通常线路上干扰电压的这两种分量是同时存在的。

如下电子产品&设备的内部电路板的结构图可以想象如果没有特定的EMI低通滤波器件我们是无法通过测试标准的！

杂散参数影响耦合通道的特性

进行上图的分析：在EMI传导骚扰频段<30MHz，多数开关电源系统骚扰的耦合通道我一般用电路网络路径图来分析的。但是，在开关电源中的任何一个实际元器件，如电阻器、电容器、电感器乃至开关管、二极管都包含有杂散参数，且研究的频带愈宽，等值电路的阶次愈高；因此，包括各元器件杂散参数和元器件间的耦合在内的开关电源的等效电路将复杂得多。

注意：在高频时，杂散参数对耦合通道的特性影响很大，分布电容的存在成为电磁骚扰的通道。还有，在开关管功率较大时，开关管一般都需加上散热片，散热片与开关管之间的分布电容在高频时不能忽略，它能形成面向空间的辐射骚扰源和电源线传导的共模骚扰源。

针对对上面的问题：我们的第一想法是要插入滤波器设计；所以对开关电源系统传导的高效设计实际是我们插入滤波器的设计！

注意设计关键思路：在输入端加滤波器，滤波器阻抗应与电源阻抗失配，失配越厉害，实现的衰减越理想，得到的插入损耗特性就越好。也就是说，如果噪音源内阻是低阻抗的，则与之对接的EMI滤波器的输入阻抗应该是高阻抗(如电感量很大的串联电感)；如果噪音源内阻是高阻抗的，则EMI滤波器的输入阻抗应该是低阻抗(如容量大的并联电容)。由于线路阻抗的不平衡性，两种分量在传输中会互相转变，情况也变得复杂。

对于<75W电子产品&设备的开关电源系统EMI滤波器的测试推荐如下结构:

输入滤波器的电路设计原理图

测试输入滤波电路能达到10dB设计裕量（采用模拟负载测试）

我们通用的工业及住宅类产品的EMI标准如下：

传导骚扰的测试频率范围为0.15～30MHz，限值要求如下表：

在0.15～500KHz的频率范围内，骚扰主要以差模的形式存在，

在500KHZ～10MHz的频率范围内，骚扰的形式是差模和共模共存，

在10MHz以上，骚扰的形式主要以共模为主。

进行机理分析：

差模骚扰的产生主要是由于开关管工作在开关状态，当开关管开通时，流过电源线的电流会逐渐上升，开关管关断时电流突变为零，因此，流过电源线的电流为高频的三角脉动电流，含有丰富的高频谐波分量，随着频率的升高，该谐波分量的幅度越来越小，因此差模骚扰随频率的升高而降低，共模则相反随着频率的升高器件体之间的分布电容变得越来越关键；小的共模电流都能产生大的电磁干扰。

滤波器的设计：通过上面的分析,了解产品的干扰特性和输入阻抗特性后，设计或者选择一个滤波器就变得简单了。如果使用一个现成的滤波器，可以调用过去积累的滤波器数据库，比对滤波器参数，找到一个合适的滤波器。