随着现代科学技术的迅猛发展，电子、电力电子、电气设备的应用愈发广泛。这些设备在运行过程中会产生高密度、宽频谱的电磁信号，充斥整个空间，形成复杂的电磁环境。在这样的环境下，电子设备及电源需要具备更高的电磁兼容性。接地、屏蔽和滤波是抑制电磁干扰的三大关键措施，本文将着重介绍电源中使用的 EMI 滤波器及其基本原理和正确应用方法。
电子设备的供电电源，如常见的 220V/50Hz 交流电网或 115V/400Hz 交流发电机，都存在着各式各样的 EMI 噪声。这些噪声来源广泛，包括人为干扰源和自然干扰源。人为的 EMI 干扰源，如各种雷达、导航、通信等设备的无线电发射信号，会在电源线上和电子设备的连接电缆上感应出电磁干扰信号；电动旋转机械和点火系统，会在感性负载电路内产生瞬态过程和辐射噪声干扰。自然干扰源方面，雷电放电现象持续时间短但能量巨大，宇宙中天电干扰噪声的频率范围很宽。此外，电子电路元器件本身工作时也会产生热噪声等。
这些电磁干扰噪声通过辐射和传导耦合的方式，会对在此环境中运行的各种电子设备的正常工作造成影响。另一方面，电子设备在工作时自身也会产生各种各样的电磁干扰噪声。例如，数字电路采用脉冲信号（方波）来表示逻辑关系，对其脉冲波形进行傅里叶分析可知，其谐波频谱范围很宽。数字电路中存在的多种重复频率的脉冲串，包含的谐波更丰富，频谱更宽，产生的电磁干扰噪声也更复杂。各类稳压电源本身也是电磁干扰源，线性稳压电源中因整流而形成的单向脉动电流会引起电磁干扰；开关电源虽然具有体积小、效率高的优点，但在功率变换时处于开关状态，是很强的 EMI 噪声源，其产生的 EMI 噪声频率范围宽、强度高。
这些电磁干扰噪声会通过辐射和传导的方式污染电磁环境，影响其他电子设备的正常工作。对于电子设备而言，当 EMI 噪声影响到模拟电路时，会使信号传输的信噪比变差，严重时信号会被 EMI 噪声淹没，无法进行处理；当影响到数字电路时，会导致逻辑关系出错，产生错误结果。对于电源设备来说，其内部电路复杂，除功率变换电路外，还有驱动电路、控制电路、保护电路、输入输出电平检测电路等，这些电路主要由通用或专用集成电路构成。当受到电磁干扰发生误动作时，会使电源停止工作，导致电子设备无法正常运行。
采用电网噪声滤波器可以有效防止电源因外来电磁噪声干扰而产生误动作。此外，从电源输入端进入的 EMI 噪声部分会出现在电源输出端，在电源的负载电路中产生感应电压，成为电路误动作或干扰信号传输的原因，这些问题同样可以通过噪声滤波器来解决。在电源设备中采用噪声滤波器的作用主要有：防止外来电磁噪声干扰电源设备本身控制电路的工作；防止外来电磁噪声干扰电源的负载的工作；抑制电源设备本身产生的 EMI；抑制由其它设备产生而经过电源传播的 EMI。
开关电源和处于开关工作状态的电子设备会在电源设备输入端产生终端噪声，产生辐射及传导干扰，还会进入交流电网干扰其他电子设备，因此必须采取有效措施加以抑制。在抑制 EMI 噪声的辐射干扰方面，电磁屏蔽是方式；在抑制传导干扰方面，采用 EMI 滤波器是有效的手段，同时需要配合良好的接地措施。国际上各个国家都制定了严格的电磁噪声限制规则，如美国的 FCC、德国的 FTZ、VDE 等标准。电子设备若不满足这些规则，将无法出售和使用。基于以上种种原因，在电源设备中必须设计使用满足要求的电网噪声滤波器。
在电源设备输入引线上存在两种 EMI 噪声：共模噪声和差模噪声。把在交流输入引线与地之间存在的 EMI 噪声称为共模噪声，可看作在交流输入线上传输的电位相等、相位相同的干扰信号；把交流输入引线之间存在的 EMI 噪声称为差模噪声，可看作在交流输入线传输的相位差 180° 的干扰信号。共模噪声是从交流输入线流入大地的干扰电流，差模噪声是在交流输入线之间流动的干扰电流。任何电源输入线上的传导 EMI 噪声都可以用共模和差模噪声表示，并且可以将这两种 EMI 噪声看作独立的 EMI 源分别进行抑制。
在对电磁干扰噪声采取抑制措施时，应主要考虑抑制共模噪声，因为共模噪声在全频域特别是高频域占主要部分，而在低频域差模噪声占比较大，所以应根据 EMI 噪声的特点选择适当的 EMI 滤波器。电源用噪声滤波器按形状可分为一体化式和分立式。一体化式是将电感线圈、电容器等封装在金属或塑料外壳中；分立式是在印制板上安装电感线圈、电容器等构成抑制噪声滤波器。具体采用哪种形式需要根据成本、特性、安装空间等因素确定。一体化式成本高，但特性较好，安装灵活；分立式成本较低，但屏蔽效果不佳，可自由分配在印制板上。
电源 EMI 噪声滤波器是一种无源低通滤波器，它能够无衰减地将交流电传输到电源，同时大大衰减随交流电传入的 EMI 噪声，还能有效抑制电源设备产生的 EMI 噪声，阻止其进入交流电网干扰其他电子设备。
单相交流电网噪声滤波器的基本结构如图 2 所示，它是由集中参数元件组成的四端无源网络，主要使用的元件包括共模电感线圈 L1、L2，差模电感 L3、L4，以及共模电容 CY1、CY2 和差模电容器 CX。若将此滤波器网络放在电源的输入端，L1 与 CY1 及 L2 与 CY2 分别构成交流进线上两对独立端口之间的低通滤波器，可衰减交流进线上存在的共模干扰噪声，阻止其进入电源设备。共模电感线圈用于衰减交流进线上的共模噪声，L1 和 L2 一般在闭合磁路的铁氧体磁芯上同向卷绕相同匝数，接入电路后在 L1、L2 两个线圈内交流电流产生的磁通相互抵消，不会使磁芯引起磁通饱和，且这两个线圈的电感值在共模状态下较大且保持不变。差模电感线圈 L3、L4 与差模电容器 CX 构成交流进线独立端口间的一个低通滤波器，用于抑制交流进线上的差模干扰噪声，防止电源设备受其干扰。
图 2 所示的电源噪声滤波器是无源网络，具有双向抑制性能。将它插入在交流电网与电源之间，相当于在二者的 EMI 噪声之间设置了一个阻断屏障，起到了双向抑制噪声的作用，因此在各种电子设备中得到了广泛应用。
共模电感线圈使用的磁芯有环形、E 形和 U 形等，材料一般采用铁氧体。环形磁芯适用于大电流小电感量，其磁路比 E 形和 U 形长，没有间隙，用较少的圈数可获得较大的电感量，具有较佳的频率特性。而 E 形磁芯的线圈泄漏磁通小，当电感漏磁有可能影响其他电路或其他电路与共模电感有磁耦合，无法获得所需的噪声衰减效果时，应考虑采用 E 形磁芯作成共模电感。
差模电感线圈一般采用金属粉压磁芯，由于粉压磁芯适用频率范围较低，在几十 kHz～几 MHz，其直流重叠特性好，在大电流应用时电感量也不会大幅下降，适合作为差模电感。
在电源噪声滤波器中使用的 CX、CY1 和 CY2 这两种电容器，在滤波器中的作用不同，且有不同的安全等级要求，其性能参数直接与滤波器的安全性能有关。差模电容 CX 接在交流电进线两端，除加有额定交流电压外，还会叠加交流进线之间存在的各种 EMI 峰值电压。因此，该电容器的耐压及耐瞬态峰值电压的性能要求较高，同时要求该电容器失效后，不能危及后面电路及人身安全。CX 电容器的安全等级分为 X1 和 X2 两类，X1 类适用于一般场合，X2 类适用于会出现高的噪声峰值电压的应用场合。
共模电容 CY 接在交流电进线与机壳地之间，要求它们在电气和机械性能上有足够大的安全余量。万一它们发生击穿短路，将使设备机壳带上危险的交流电，若设备的绝缘或接地保护失效，可能使操作人员遭受电击，甚至危及人身安全。因此，对 CY 电容器的容量要进行限制，使其在额定频率的电压下漏电流小于安全规范值。另外，还要求其应有足够的耐压及耐瞬态高峰值电压的余量，并且万一发生电压击穿它应处于开路状态，而不会使设备机壳带电。
关键词：EMI 滤波器
