1.EMI滤波器原理

滤波是抑制干扰的一种有效措施，尤其是对LED驱动电源电磁干扰的传导干扰和辐射干扰。EMI滤波器的工作目的与普通滤波器一样，即允许有用的频率分量通过的同时又阻止其他干扰频率分量通过。但是二者所关心的滤波器指标和使用环境等是不同的。普通滤波器主要关心幅频特性、相位特性、群延时、波形畸变等特性，而EMI滤波器更关心插入损耗、能量衰减、截止频率等特性。在使用环境上，普通滤波器的工作电压和电流低、源端或负载端特性比较单一，而EMI滤波器的工作电压和电流高，并且要能够承受瞬时大电流冲击[7]。

在LED驱动电源中，电源线是一条主要的干扰传播途径，在电源线上加装EMI滤波器有两个作用：一是抑制经电源线进入驱动电源的电磁干扰；二是抑制驱动电源自身的传导发射。另外，因为大多数驱动电源体积都比较小，高频电磁干扰由驱动电源表面的辐射没有经过电源线向外辐射得多，所以电源线EMI滤波器还能在一定程度上抑制经由电源线向外发出的辐射干扰。电源线EMI滤波器是典型的低通滤波器，主要采用LC滤波器。

2.电源线EMI滤波器的结构

电源线EMI滤波器的基本结构如图4-16所示。L₁和L₂是差模电感，C_X1和C_X2是差模电容，L₁、L₂与C_X1、C_X2共同起到对差模干扰的滤波作用。L₃和L₄是匝数相同、绕向相反且绕在同一磁环上的两只独立线圈，称为共模电感。C_Y1和C_Y2是共模电容。L₃、L₄与C_Y1、C_Y2共同起到对共模干扰的滤波作用。

图4-16 电源线EMI滤波器的基本结构

3.电源线EMI滤波器的组成元件

（1）差模电容和共模电容

电源线EMI滤波器中使用了两种电容，差模电容C_X和共模电容C_Y。X和Y不仅仅说明了它们在滤波器之中起的作用，还表明了它们的安全等级，因此又被称为安规电容。在设计滤波器时，必须考虑到C_X和C_Y的安全性能，这直接关系到滤波器及整个LED驱动电源的安全性能。

差模电容C_X接在相线和中性线之间，主要是用于抑制频率较低的差模干扰。差模电容在其失效的情况下，应不能导致电冲击，以保证人身安全。C_X上除加有电源的额定电压外，还会叠加上相线和中性线之间存在的各种干扰源的峰值电压。根据差模电容C_X应用的最坏情况和电源断开的条件，差模电容C_X的安全等级分为X1、X2和X3三类，详见表4-1^[8]。不同安全等级的差模电容适用于不同的应用环境，设计滤波器时应注意正确选择。如果差模电容的耐压性能不够好，那么有可能在峰值电压下被击穿，使电容失效。虽然电容失效后不会危及人身安全，但会使滤波器性能大大降低。

表4-1 差模电容C_X的分类

差模电容多选用聚酯薄膜类电容，体积较大，允许的瞬间放电电流也很大，但内阻比较小。通常差模电容C_X的取值范围为0.1～1μF。

共模电容C_Y接在相线与地线或者中性线与地线之间，抑制较高频率的共模干扰。表4-2将共模电容C_Y按照对电击的防护等级和对脉冲电压的承受能力进行了分类^[8-9]。(www.daowen.com)

表4-2 共模电容C_Y的分类

共模电容C_Y与地相连，因此会产生漏电流。漏电流与人身安全密切相关，绝大多数国家都对各种用电设备的漏电流进行了限定，一般小于1mA。共模电容的取值不能过大，一般要小于0.1μF，常用的电容值有1nF、2.2nF和4.7nF三种，通常在调试时用2.2nF。

（2）共模电感

共模电感也叫作共模扼流圈，其两个线圈分别绕在一个磁环的上、下两个半环上，两个线圈的匝数相同，但是绕向相反，如图4-17所示。

图4-17 共模电感的线圈结构

当共模电流流过这两个绕向相反的线圈时，由于共模电流也是同向的，于是产生两个同向叠加的磁场，从而有了相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用；当差模电流流过这两个线圈时，产生的磁场相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流不受抑制。不过上述共模电感的工作情况是在理想状态下实现的。因为在绕制共模电感时，上、下两个线圈不可能完全相同，存在一定漏感，所以对差模电流也有一定的抑制作用。

共模电感的电感量与滤波器的额定电流有关，具体关系见表4-3[10]。

表4-3 电感量与额定电流的关系

（3）差模电感

差模电感与负载串联，能有效抑制电源线和LED驱动电源上的差模干扰。在电源线滤波器的设计中，为了提高对差模干扰的抑制能力，差模电感一般与差模电容一起组成LC滤波电路。差模电感串接在滤波电路中，对低频交流信号阻碍作用很小，而对差模电流抑制作用很强。它与共模电感的最大区别在于，差模电感与负载直接串联，采用单个线圈结构绕制，而不像共模电感那样在一个磁环上采用两个相同线圈的结构。因此，当通过差模电感的电流过大时，容易使磁心趋于饱和，导致电感量下降而降低滤波效果。

如前所述，因为共模电感的线圈很难完全对称，形成了寄生的差模电感，所以在实际应用中，一般不会使用差模电感。如果差模干扰较强，需要加强对差模干扰的抑制，也必须选取磁导率较低的铁粉心来制作，以避免磁心饱和问题。