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寄生参数对EMI滤波器性能的影响

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引言

元器件在低频状态下，一般看成纯电阻、纯电容或纯电感，但是在高频时，它们都有各自的寄生参数，这些寄生参数对器件的性能影响很大。在EMI滤波器中，除了这类寄生参数会影响器件的高频性能外，还有一类寄生参数对器件的高频性能有严重影响，即滤波器的电感与电容的寄生电感之间产生的互感耦合参数。本文就是利用滤波器的电感与电容的寄生电感之间产生的互感耦合参数来提高滤波器的性能。

EMI电源滤波器的网络结构分析

根据传导干扰方式的不同，可以把电磁干扰源分为共模(CM)和差模(DM)两种形式。由此将滤波器分解成共模滤波器和差模滤波器，分别用来抑制共模干扰和差模干扰。

以差模等效电路为例，考虑互感耦合寄生参数时，其等效电路如图1所示。其中，M1、M2分别是差模电感LDM和电容C1、C2的寄生电感ESL1、ESL2之间的互感，M3是ESL1、ESL2之间的互感。DM电感是CM电感的漏感，所以很容易和ESL1、ESL2产生耦合，而ESL1、ESL2，之间的互感M3对滤波器性能的影响更是具有举足轻重的作用，这是因为流过电容器C1、C2的电流有非常大的区别。本文将通过合理设计，利用M3来提高滤波器的高频性能。

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EMI电源滤波器的寄生互感耦合分析

当ESL1、ESL2之间正相耦合时，M3>0，当ESL1、ESL2之间反相耦合时，M3<0，不考虑M1、M2，只考虑M3时，将图1分别进行解耦(如图2所示)和Y-△等效变换得到如图3所示的π形电路，由于滤波器的对称结构，取C1=C2，ESL1=ESL2，ESR1=ESR2，则有：

从图3可以看出，Z2、Z3对应差模滤波器的两个电容支路，由于高频寄生电感ESL的存在，严重影响了滤波器的高频性能，如果ESL1+M3=0，或者ESL2+M3=0，则电容支路等效于没有高频寄生电感的影响，这样就能大大提高滤波器的高频性能。因为,不考虑漏感，取k=±1，则有|M3|=ESL1=ESL2，当k=-1，即ESL1、ESL2反向耦合时，ESL1+M3=0且ESL2+M3=0，此时，两个电容支路的寄生电感被完全抵消了。

仿真验证

根据上述分析，可以将其等效电路模型用Saber进行仿真，仿真电路如图4所示，参数为R₁=R₂=50Ω，C₁=C₂=0.105μF，ESL₁=ESL₂=9.5nH，ESR₁=ESR₂=200mΩ，L_DM=10.5μH，EPR=0.15Ω，EPC=2.3nF。由于差模信号主要集中在5MHz以下，所以，只对10KHz～5MHz进行仿真，反向耦合时的仿真波形如图5所示，最大衰减达到-45.972dB，而正相耦合时的最大衰减为-28.234dB，提高了约18dB。在第一个谐振点之前，衰减量区别不大，之后，幅值随频率的变化相当大，从而可以得出，容性耦合一般发生在高频状态下。