1 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）
摘 要
传导性电磁干扰是电气设备开关电源中的主要干扰源,所以电磁兼容性指标已经成为开关电源设计的重要参数。从开关电源的工作原理出发,对开关电源的电磁干扰机理进行分析,研究使用无源滤波技术减少电磁干扰。从实际应用角度对无源滤波器中电容、电感等元件的特性进行了分析,给出了实用电路和元件参数。无源滤波技术在轨道交通空调专用电源上的应用结果表明,使用无源滤波技术对电磁干扰有很好的抑制效果。
由于开关电源的高功率密度、高开关工作频率和紧凑结构，因此对其电磁兼容提出了更高的要求。分析了传统无源电磁干扰滤波器的缺点，提出有源共模滤波器的设计思想，并分析了其工作原理。以一台反激式开关电源为研究对象，具体设计出其有源共模滤波器。最后通过电路仿真和实验，验证了该方案的有效性和可行性。
关键词：无源滤波器；开关电源；传导性电磁干扰
目 录
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2 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）
摘 要 ............................................................................................................................... 1
第一章 绪论 ................................................................................................................. 1 1.1课题研究背景 ........................................................................................................... 1 第二章 无源滤波器简介 ............................................................................................. 2 2.1无源滤波器定义 ....................................................................................................... 2 2.2无源滤波器的优缺点 ............................................................................................... 2 2.3滤波器的分类 ........................................................................................................... 2
2.3.1 有源滤波器 ................................................................................................. 3 2.3.2开关电容滤波器 .......................................................................................... 4 2.3.3几种新型数字滤波器 ................................................................................ 5 2.4无源滤波器的发展历程 .......................................................................................... 7 第三章 开关电源简介 ................................................................................................... 8 3.1开关电源的定义 ....................................................................................................... 8 3.2开关电源的分类 ..................................................................................................... 10 3. 3开关电源的选用 ..................................................................................................... 11 3.4 开关电源对无源滤波器的性能要求 ................................................................. 12
3.4.1开关电源的传导性EMI分析 .................................................................... 12 3.5 开关电源技术的发展动向 .................................................................................... 14 第四章 电磁干扰EMI与防护技术 .......................................................................... 15 4.1电磁干扰的定义 ..................................................................................................... 15 4.2电磁干扰的危害 ..................................................................................................... 15 4.3电磁干扰的控制 ..................................................................................................... 16 4.4无源滤波器对开关电源电磁干扰的应用 ............................................................. 17 4.5电磁干扰的解决办法 ............................................................................................. 19
4.5.1对电流谐波的抑制 ...................................................................................... 19 4.5.2对振铃电压的抑制 ...................................................................................... 20 4.5.3对传导干扰信号的抑制 .............................................................................. 21 4.5.4对辐射干扰信号的抑制 .............................................................................. 23 4.5.5对高压的静电的消除 .................................................................................. 23 结 论 ............................................................................................................................. 25 致 谢 ............................................................................................................................. 26 参考文献 ....................................................................................................................... 27
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第一章 绪论
1.1课题研究背景
当前人类的生存环境也已具有浓厚的电磁环境内涵。随着城市人日的迅速增长，汽车、电子通信、计算机与电气设备大量进人家庭，空间人为电磁能量每年都再增长，21世纪电磁环境恶化已成定局严重恶化的电磁环境对人类生活日益依赖的通信，计算机与各种电子系统都将造成灾难性的危害。电磁干扰除了可能对系统的效能有着重大的影响。人们对电磁干优的研究工作可追溯 到19世纪，希维赛德于1881年写的“论干扰”一文可算得上最重要的早期文献，此后188年柏林电气协会成立了干扰问题委员会，紧接着在1889年英国邮电部门开始研究其通信干扰问题。
到本世纪20年代以后，各先进工业国家都日益重视EMI的研究，成立了许多相关的国际组织。本世纪40年代，为了解决由于飞机通信系统受到电磁干扰造成飞行事故的问题，开始较为系统地进行EMI技术的研究。美国自1945年开始，颁布了一系列电磁兼容方面的军用标准和设计规范，并不断加以充实和完善，使得EMI技术进入新的阶段。60年代以来，现代电子科学技术向高频、高速、高灵敏度、高安装密度、高集成度，高可靠性方向发展，其应用范围越来越广，渗透到了整个社会的每个角落。因而发达国家在EMI研究方面投入了大量的人力物力形成了EMI热。
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第二章 无源滤波器简介
2.1无源滤波器定义
无源滤波器，又称LC滤波器，该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
2.2无源滤波器的优缺点
无源滤波器具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，至今仍是应用广泛的被动谐波治理方法。
2.3滤波器的分类
⑴ 按所处理的信号
按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。 ⑵按所通过信号的频段
按所通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。 低通滤波器：
H(S)?S?(
2K?p22
?pQp)S??p (2-1)
式中：
Qp为极偶品质因数；
2
?z为零点频率；
K为增益常数；
?p为极点频率；
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它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。 高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量。
高通滤波器：
H(S)?S?(2KS2?pQp)S??p2 (2-2)
一般用于某次及以上次的谐波抑制。当在电弧炉等非线性负荷系统中采用时，对5次以上起滤波作用时，通过参数调整，可形成该滤波器回路对5次及以上次谐波的低阻抗通路。
带通滤波器：
K(H(S)?S?(2?pQp)S2?pQp)S??p (2-3)
它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。 带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过。 ⑶ 按照阶数来分
通过传递函数的阶数来确定滤波器的分类。
2.3.1 有源滤波器
有源滤波器由下列一些有源元件组成：运算放大器、负电阻、负电容、负电感、频率变阻器（FDNR）、广义阻抗变换器（GIC）、负阻抗变换器（NIC）、正阻抗变换器（PIC）、负阻抗倒置器（NII）、正阻抗倒置器（PII）、四种受控源，另外，还有病态元件极子和零子。
1965年单片集成运算放大器问世后，为有源滤波器开辟了广阔的前景。70年代初期，有源滤波器发展引人注目，1978年单片RC有源滤波器问世，为滤波器集成迈进了可喜的一步。由于运放的增益和相移均为频率的函数，这就限制了RC有源滤波器的频率范围，一般工作频率为20kHz左右，经过补偿后，工作频率
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