基于合成扼流圈的開關電源EMI濾波器設計

摘要:為改善傳統EMI濾波器的濾波性能，分析并采用了合成扼流圈來替代傳統分立扼流圈，并根據濾波器阻抗失配原理，通過分析LISN網絡與噪聲源的阻抗特性，分別對共差模等效電路進行分析與設計，提出了基于合成扼流圈的開關電源EMI濾波器設計方法。試驗結果證明，此方法是有效的，并已成功地應用在燃料電池轎車用DC/ DC變換器的控制電路板設計中。

關鍵詞:開關電源;電磁干擾;合成扼流圈;共模電感

由于功率開關管的高速開關動作，開關電源會產生較強的電磁干擾(EM I)信號。為了抑制開關電源對外電磁噪聲和外界對內電磁干擾，使得產品能夠滿足相關EM C標準，有必要在開關電源輸入線上添加額外的EMI濾波器。尤其對于車用DC/ DC變換器的控制器來說，周圍電磁環境相當惡劣，所應遵循的整車及零部件EMC標準也很嚴格，因此必須在控制器電源輸入線上添加EMI濾波器，使其滿足相關EMC標準。

傳統的 EMI濾波器一般由共模電感、差模電感和電容等分立元件組成，元件數量多，體積大。分立元件較長的引線造成的分布電感和分布電容對濾波特性有很大的影響。而共差模合成扼流圈利用兩個不同特性的磁芯將共模電感和差模電感集成在一起，替代分立的共模電感與差模電感，可以使濾波器尺寸和性能上得到進一步的改善[‘{。

1合成扼流圈

1.1傳統扼流圈

共模電感本質上是一種匝數比為i: i的變壓器，只是接入回路的方式不同。圖i為共模電感的電路符號圖與結構圖，繞組方向以及磁場強度的方向如圖i所示。

加，由L =u/iI可知共模電感量也相應增加。而差模電流經過共模電感時情況則相反，磁通互相抵消，因此差模電感量很小，兒乎為零。理論上共模電感對于共模電流表現為高阻抗，對差模電流表現為零阻抗，主要用來抑制共模噪聲干擾。共模電感通常采用干擾抑制專用的鐵氧體材料作為磁芯。

差模電感就是單個電感，差模電感中流過的工作電流容易使磁通飽和，從而使該電感對差模噪聲電流呈現不出電感而達不到濾波效果，因此差模電感的磁芯選擇不易飽和的磁粉芯。

傳統的扼流圈由分立的共模電感與差模電感連接而成，因此其較長引線造成的分布電感和分布電容對濾波特性有很大的影響，所以本文采用一種新型合成扼流圈來替代分立的共模電感與差模電感。

1. 2共差模合成扼流圈

圖2為集成了共模電感與差模電感的合成扼流圈。這種合成扼流圈是在共模磁芯里面再增加了一個差模磁芯，L線和N線上共差模分別共用一個繞組，繞組方向以及磁場強度的方向見圖2}' }。