EMI滤波电路是由哪些元件组成的,一文看懂

本文详细介绍了PC电源中的一级和二级EMI滤波电路,强调了NTC热敏电阻和继电器在其中的作用。NTC用于限制开机时的冲击电流,但会带来效率损失,而继电器则可在电源稳定后短路NTC,降低损耗,提高效率。海韵X-650电源作为例子展示了这种设计的应用。

通常对于追求效率的电源来说,NTC热敏电阻几瓦的损耗始终会降低电源的转换效率,而且对于关机后在短时间内再次开机的情况,如果没有继电器,处于高温下的NTC热敏电阻将无法发挥正常作用,因此继电器与NTC在高端电源中往往是配套使用,以达到“鱼与熊掌得兼”的效果。

PC电源中的EMI滤波电路可以分为一级EMI滤波电路以及二级EMI滤波电路,也就是我们常说的“一级EMI”和“二级EMI”,其中前者一般放置在电源上的AC输入插座上,有直接把元件焊接在插座上的,也有制作成独立PCB再与插座连接的;而后者在多数是放置在PC电源的主PCB上,元件相比一级EMI滤波电路更多,同时也是电源保护系统的重要组成部分。

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海韵X-650电源的一级EMI与二级EMI电路组成

当然并不是所有电源都会明显地区分“一级EMI”以及“二级EMI”,也有不少产品是把两者都整合到主PCB上的,不过目前大部分的产品还是会采用分离式的设计,这样既可以确保EMI滤波电路能够完全发挥作用,同时电源主PCB的布局也不会过于拥挤。

EMI滤波电路的元件组成

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图中左侧黄色方块为X电容,右侧两个蓝色元件为Y电容,中间白色磁环线圈为共模电感

PC电源的一级EMI滤波电路主要由X电容和Y电容组成,X电容和Y电容都属于安规电容,其中X电容并接在火线和零线之间,块头通常比较大,负责滤除差模干扰;而Y电容则是在火线与地线之间以及零线与地线之间并接的电容,通常以成对的形式出现,负责滤除共模干扰。

大部分的PC电源在都会采用一个X电容和一对Y电容组成一级EMI滤波电路,基本上这个属于主流的标准配置。而有部分产品会在这个基础上加入共模电感以增强EMI滤波作用,高端PC电源甚至会在这样的基础上增加接地金属罩以加强对EMI的防护效果,如海韵X-650电源就采用了类似这样的一级EMI滤波电路。

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海韵X-650电源的二级EMI滤波电路组成

PC电源的二级EMI滤波电路则是在一级EMI滤波电路的基础上增添更多元件而来,除了X电容和Y电容外还会有共模电感和差模电感。共模电感(Common Mode Choke) 是拥有两个绕组的线圈,即上图中绿色磁环的电感线圈,其主要作用是抑制市电输入中的共模干扰,同时也抑制电源本身的共模干扰对外泄漏;而差模电感(Differential Mode Choke) 则是单个绕组的电感线圈,及上图中的黑色磁环线圈,其主要用于抑制市电输出中的差模干扰。

当然二级EMI滤波电路的组成往往不止如此,以海韵X-650电源的二级EMI滤波电路为例,其差模电感的旁边有一个使用热缩套包裹的两脚直插元件,被称为MOV,即金属氧化物压敏电阻(Metal Oxide Varistor),它可以抑制输入电压的尖峰,可以起到防止输入电压过高以及雷击保护的作用。

此外NTC即热敏电阻(Negative Temperature CoeffiCient Resistor)也是二级EMI滤波电路中的常见的元件 ,就是海韵X-650电源的二级EMI电路中位于共模电感旁边、采用热缩套包裹的墨绿色元件,具有常温下高电阻、随着自身温度提升阻值迅速减小的特性,电源在刚通电的时候NTC的温度往往与室温相当,自身呈高阻值, 可以限制电源主电容充电形成的冲击电流。

降低NTC影响,实现高效率电源

由于NTC本质上是一个电阻,因此其多少会形成不必要的电流消耗,从而影响电源的转换效率。不过其在电源进入正常工作后,会因为自身通电而发热,随之阻值下降, 对电流的限制也会放宽,从而减少对电源效能的影响。也有部分追求高效率的电源会设法将NTC的影响降到最低,这就需要用到继电器了。

在海韵X-650电源的二级EMI滤波电路中,位于NTC隔壁的白色方块元件即为继电器。继电器一般并联在NTC热敏电阻上,在开机前处于断开状态,因此在电源通电时是NTC热敏电阻在工作;而当电源进入正常工作状态后,继电器启动并导通,从而短路NTC热敏电阻,此时NTC热敏电阻不再工作,不再 消耗电流,也就不再发热,重新回到高阻态的模式下。

继电器与NTC并联的设计可以在减少电流损耗的同时也提高 了PC电源的可靠性。

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### EMI滤波原理 电磁干扰(EMI滤波器是一种用于抑制电子设备中电磁干扰的装置,其核心功能是阻止高频噪声信号通过电路传播,同时允许低频或直流电源正常传输。EMI滤波器通常由电感、电容和电阻等无源元件构成,形成一种低通滤波结构[^3]。 基本原理上,EMI滤波器利用电感对高频信号呈现高阻抗、而电容对高频信号呈现低阻抗的特性,从而将高频干扰能量衰减或旁路到地。例如,在一个典型的单级EMI滤波器中,电感(L)串联在电源线中以阻挡高频噪声,而电容(C)则并联在输入端与地之间,为高频干扰提供低阻抗路径[^2]。 ### EMI滤波电路设计 在实际应用中,EMI滤波电路的设计需要考虑多个因素: 1. **频率响应**:根据系统的工作频率范围选择合适的滤波器截止频率。例如,在50Hz交流供电系统中,滤波器应允许50Hz电流顺利通过,同时有效抑制高于该频率的噪声。 2. **插入损耗**:这是衡量滤波器性能的关键指标之一,表示滤波器引入后对干扰信号的衰减能力。设计时需确保滤波器在目标频率范围内具有足够的插入损耗[^4]。 3. **额定电压与电流**:滤波器必须能够承受电路中的最大工作电压和电流,特别是在开关电源等高功率应用中,元件选型尤为重要[^4]。 4. **共模与差模噪声处理**:EMI噪声可分为共模噪声(两根导线相对于地的噪声)和差模噪声(导线之间的噪声)。因此,滤波器设计通常包括X电容用于抑制差模噪声,Y电容用于抑制共模噪声,以及共模扼流圈来增强共模噪声的抑制效果[^3]。 5. **布局与封装**:PCB布局对EMI滤波效果有显著影响。滤波器应尽量靠近电源入口放置,并采用屏蔽封装以防止外部干扰耦合[^1]。 ### 应用场景 EMI滤波器广泛应用于各种电子设备中,尤其是在以下领域: - **开关电源**:由于开关电源本身会产生大量高频谐波,因此在其输入端安装EMI滤波器可以有效降低对外界的辐射和传导干扰。 - **工业控制系统**:在工厂自动化系统中,PLC、变频器等设备容易受到来自电机、继电器等负载的瞬态干扰,EMI滤波器可保护控制系统的稳定运行。 - **通信设备**:无线基站、路由器等通信设备需要良好的电磁兼容性(EMC),EMI滤波器有助于满足相关标准如FCC、CE认证要求[^1]。 - **消费电子产品**:如电视机、音响、电脑电源等,均需配备EMI滤波器以避免干扰其他家用电器[^3]。 --- ```python # 示例:计算RC低通滤波器的截止频率 import math def calculate_cutoff_frequency(resistance, capacitance): """ 计算RC低通滤波器的截止频率 (Hz) :param resistance: 电阻值 (Ω) :param capacitance: 电容值 (F) :return: 截止频率 (Hz) """ return 1 / (2 * math.pi * resistance * capacitance) # 假设 R=1kΩ, C=100nF r = 1000 # Ohms c = 100e-9 # Farads fc = calculate_cutoff_frequency(r, c) print(f"RC滤波器截止频率为 {fc:.2f} Hz") ``` --- ###
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