电源噪声滤波器的设计与实现

摘 要：分析了电源噪声滤波器的基本原理，并对一个电源噪声滤波器实例进行了优化设计，经测试表明该滤波器对10 kHz以上的电网噪声衰减效果能达到27dB，对1 MHz的噪声衰减效果能达到80dB。

关键词：电源噪声，滤波器，设计，测试

Abstract: According to the basic elements of the Power Noise Filter, we optimize an example to prove its function. The result shows that that filter can weaken noise above 100 kHz by 27dB.

Keywords: Power Noise, Filter, Design, Test

0引言

现代社会中电子、电力电子、电气设备的应用越来越广泛，这些设备一方面既给人们的生活带来了极大的便利，同时它们在运行中所产生的高密度、宽频谱的电磁信号充满了整个空间，形成复杂的电磁环境，使得对电子设备的电磁兼容性的要求也在不断的提高。

电子设备在电磁噪声干扰的作用下有多种表现，在模拟电路中可以引起信号波形的畸变失真，信噪比变坏，严重时信号甚至会完全被电磁干扰所淹没。噪声干扰也会使得数字电路系统中的误码率上升，逻辑电平紊乱，降低系统信息的可靠性，极端情况下将导致失控或误控操作的严重后果，危及到人身安全。

近年来推广采用的抑制电网噪声的电源噪声滤波器技术，具有结构简单、体积小、滤除噪声效果好等诸多优点，能够有效的抑制电网噪声，增强电子设备对噪声干扰的抗干扰能力。例如符合德国VDE标准的电源滤波器对30 kHz～30MHz范围内的噪声插入损耗能够达到20～100dB。

1电源噪声滤波器的基本结构及原理

电源噪声属于电磁干扰中的一种，其噪声频谱范围一般是在10kHz到30MHz之间，最高噪声频率可达150MHz。从示波器对电网电压的直接观测中可以明显看出，市电并非是纯净的50Hz理想正弦波，而是在工频上叠加了各种频率噪声干扰的正弦波。

从广义范围上来看，电源噪声滤波器所起的作用相当于是一个由电感、电容组成的无源低通滤波器，它能够将市电中的工频部分无衰减地传输到后级电路中去，同时大幅度衰减或完全滤除由电源输入端引入市电中的干扰噪声，并能阻止电子设备产生的干扰噪声通过电源线反串入电网中，污染了初级的电源环境。

不同结构形式的电源噪声滤波器的主要区别在于电容与电感的连接方式不同，电路结构通常所采用的方式有π形、T形及L形，有些情况下还可以采用它们间的组合来增强滤波效果。

电源噪声滤波器的效率不仅要考虑其基本结构，而且还要进一步考虑其所连网络两端的阻抗大小，并根据源阻抗及负载阻抗的不同依照阻抗最大失配原则来选择正确的接法，两者阻抗差别越大，滤波器的滤波效果也就越好。

对于实际电网中存在的差模干扰和共模干扰两种噪声干扰，由于具有不同的干扰特点，电源噪声滤波器中一般需要采用不同的结构来对两种噪声干扰分别进行抑制。最基本的差模干扰滤波电路就是在扼流圈之前，即在相线和中线之间跨接电容。最基本的共模干扰滤波电路是在电源线的相线和中线上均串入扼流圈，而且分别通过接电容至地，如图2(b)所示。

但是无论是对于共模滤波电路还是差模滤波电路，在设计中一般都要考虑设计成共轭滤波器的形式。因为这样的结构对于工频电压来说，任何时候电源线之间的电流都是大小相等，方向相反的，磁芯中的磁通相互抵消而不呈现阻抗，避免了因为滤波器的引入而在电源端产生附加的压降。

2 电源噪声滤波器的电路设计

电源噪声滤波器最主要的性能参数就是滤波器的插入损耗，即插入电源噪声滤波器后噪声干扰的衰减程度，这也是在实际设计和使用电源噪声滤波器中最需要考虑的因素之一。一般可以用电压幅值的比值来计算表示插入损耗，其值越大，表示滤波器抑制噪声干扰的能力越强。

电源噪声滤波器在设计使用时另一项需要引起注意的参数是流过滤波器中漏电流的大小，出于安全角度的考虑，漏电流的值要尽可能的小。按照使用场所的不同，在可移动设备上的滤波器的漏电流值应小于1mA，对于装在固定位置且接地设备上的滤波器，漏电流值应小于3.5mA。

按照电源噪声滤波器的基本原理：

在设计中考虑到普通电源噪声滤波器对浪涌电压的抑制能力较差，特别是当浪涌电压上升缓慢且宽度较大时，容易出现阻抗不匹配，使电感线圈达到磁饱和，所以在电源噪声滤波器输入端增加了一个压敏电阻R1以抑制浪涌电压（也可选用半导体材料浪涌电压抑制管，效果会更好一些）。

电路的第一级是采用差模滤波电感LC1、LC2和差模滤波电容CX1组成的差模干扰滤除回路。由于差模电容CX1的作用，差模干扰电流将通过电容流回电源线而不流入电子设备中。在后级电路中为进