电源噪声滤波器的设计与实现

一步滤除残余的差模干扰，又分别并联两个差模电容CX2、CX3以加强滤波效果。差模电容使用的类型是陶瓷电容，考虑到其上的实际电压值是额定交流电压和电磁干扰峰值电压的叠加值，因此要求差模电容有足够高的耐压值，一般不低于630VDC。电容容量值可按照所抑制的噪声电压频率下限值来确定，其值越大，滤波器的插入损耗也就越大。

差模电感中铁芯使用的是金属粉压磁芯，因为其初始磁导率受频率影响小，高频工作下损耗大，直流重叠特性好，大电流应用时电感量也不会大幅度下降，且适用频率范围较低。依流过电感的电流值不同，设计中的电感值可以取为几mH～几十mH。

为了加强对共模噪声的抑制，后级电路中的共模滤波电路设计成了两级相同的滤波结构，LD1、CY1、CY2和LD2、CY3、CY4。这样做一方面可以使得共模干扰更加充分地被滤除，另外一方面使用两级结构的滤波电路，可以使得电源噪声滤波器内部保持在相对稳定的阻抗点上，减少负载及源阻抗对电源噪声滤波器的影响，提高其对强噪声干扰的抑制能力。

虽然两级共模滤波电路的电路结构完全相同，但是两者的元件参数选择并不同，有所考虑的是通过选取合适的不同参数，使得电源噪声滤波器对不同频率范围内的共模噪声干扰都能兼顾取得良好的滤除效果。

电路的两个共模扼流圈LD1和LD2，一般都选用损耗低且导磁率高的铁氧体磁芯。主要是因为流过扼流圈中的共模电流的磁通方向相同，因此扼流圈对共模信号呈现较大的感抗，从而起到滤除共模信号的作用。共模扼流圈的电感值也需要按照滤波器的额定电流大小来考虑，适当增加电感值可以改善低频噪声端的衰减特性。

设计中共模电容的类型仍是陶瓷电容，由于控制其值的大小，就可以控制流过滤波器中漏电流的大小（漏电流 ， -电源频率， -电源电压），因此共模电容也就是在设计时控制流过电源噪声滤波器漏电流的主要手段。一般为了减少漏电流，共模电容量不得超过0.1μF。

抑制低频噪声时，理论上电源滤波器的电感和电容的参数选的越大，滤波效果越好。但在实际应用中，容量大的电容一般寄生电感也大，自谐振频率低，对高频噪声的去耦效果差，而电感值越大电感的体积也越大，所以在设计时应权衡各种因素的影响，确定合适的参数。

差模部分的参数选择可以在设计时先确定差模电容CX1的值，然后再根据截至频率fO按照公式

来计算差模电感的取值。对于共模部分的参数选择，可以先按照设计时漏电流的大小选定共模电容的取值，然后再按照下面的公式来计算共模电感的选值。

滤波电路参数选定后，必须验证参数选取的是否合适，以保证电源噪声滤波器的自谐振频率远小于所要滤除的噪声频率，否则电源噪声滤波器不仅不能够起到抑制噪声干扰的作用，而且很有可能会放大噪声干扰。当电感的等效电阻很小时，电源噪声滤波器的自谐振频率可以按照下式来大致计算。

3 电源噪声滤波器的仿真分析

为了从理论上对滤波器进行更加详细的分析，在PSPISE环境下对上述设计的电源噪声滤波器电路中差模噪声的抑制能力进行了仿真分析，仿真中所使用的元器件参数都是按照实际电路中的实测值来进行的，并且设源阻抗和负载阻抗均为理想情况下的50Ω。

首先分析了电源噪声滤波器差模衰减特性，即电源噪声滤波器输出信号电压幅值随输入信号频率的变化的衰减程度。仿真分析时使用的电压值是市电的半峰值110V，电源噪声滤波器对于50Hz左右处的工频信号的衰减幅度很小，而滤波器的3DB点位置大概在180Hz处左右，当频率上升到2KHz的时候，信号衰减已达20dB以上。

为了更加充分的说明滤波器的滤波效果，对滤波电路进行了在电源波动情况下模拟噪声输入的仿真分析，按照实际的噪声幅值，即在110V/50Hz的正弦波基础上叠加了5V的50kHz、150kHz和1MHz的正弦波干扰作为被污染了的市电，对比输入输出波形，以观察电源噪声滤波器的输出滤波效果。通过分析，可以在图5的仿真结果中明显看出输入的噪声干扰在输出处基本上都被滤除了，但是输入和输出之间存在一定的相移，这可能是因为滤波器中存在非阻性元件引起的。

4 电源噪声滤波器的实际测试结果分析

对设计的电源噪声滤波器输入频率在10Hz～2 MHz之间幅值为20V（信号发生器的最大值）的正弦波，用Textronix－Tds220型示波器观测输出信号的变化，分析滤波器对差模噪声抑制的效果。将测试后得到的数据绘制成图，得到如图6所示滤波器电路的实际频响特性曲线。

分析实际测得的数据，在工频处的信号衰减幅度不大，滤波电路的3DB点在370Hz左右，当频率上升到10kHz时，输出信号衰减了27dB，对1MHz差模噪声干扰的衰减