隨著電子設(shè)備的不斷增多，電磁干擾(EMI)現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。在傳導(dǎo)干擾中，以電源線傳導(dǎo)干擾最為嚴(yán)重。抑制電源線上干擾的主要途徑是使用EMI濾波器，通常用插入損耗表征濾波器的特性。然而，在實(shí)際使用時(shí)，即使EMI濾波器的插入損耗設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)，也有可能因?yàn)樵醋杩购拓?fù)載阻抗的變化而得不到最佳的濾波效果。
    本文針對EMI濾波器的共模和差模插入損耗進(jìn)行計(jì)算分析，并研究濾波器源阻抗與負(fù)載阻抗的變化對濾波器性能的影響，通過仿真驗(yàn)證了方法的有效性。

1 EMl濾波器的插入損耗
    EMI濾波器對干擾噪聲的抑制能力用插入損耗IL(Insertion Loss)來衡量。插入損耗定義為：沒有濾波器接入時(shí)，從噪聲源傳輸?shù)截?fù)載的功率P1和接入濾波器后，從噪聲源傳輸?shù)截?fù)載的功率P2之比，用dB表示，濾波器接入前、后的電路如圖1所示。

    濾波器插入損耗的表達(dá)式為
   
    式(1)中，RS和RL分別表示源阻抗和負(fù)載阻抗；a11、a12、a21、a22表示濾波器網(wǎng)絡(luò)的A參數(shù)。
    根據(jù)式(1)可推導(dǎo)出共模插入損耗的表達(dá)式為
   
    同理根據(jù)式(1)可推導(dǎo)出差模插入損耗的表達(dá)式為

2 源阻抗、負(fù)載阻抗對插入損耗的影響
    EMI電源濾波器在不同的源與負(fù)載阻抗的情況下，濾波性能有很大的差異。在一般的濾波器產(chǎn)品說明書中，提供的插入損耗值都是在源阻抗和負(fù)載阻抗均為50 Ω的情況下得到的。在實(shí)際使用中，濾波器的端阻抗隨著工作環(huán)境的變化而變化，因而對濾波器插入損耗的影響也很大。   
    引用美國測量的源阻抗和負(fù)載阻抗的變化范圍，在10 kHz～10 MHz(軍標(biāo)CE102規(guī)定的抑制頻率范圍)，源阻抗變化范圍為0．1～178 Ω，負(fù)載阻抗變化范圍為0．007～10 kΩ。
    (1)共模插入損耗的分析。
    對式(2)進(jìn)行變換得
  
    顯然，當(dāng)f(RS，RL)取最小值時(shí)，ILCM達(dá)到最小值。式(6)中，當(dāng)RL不變時(shí)，RS取最大值時(shí)，f(RS，RL)取最小值。
    如圖2(a)所示，當(dāng)負(fù)載阻抗RL不變時(shí)，源阻抗RS越大，共模插入損耗越小。當(dāng)負(fù)載阻抗變大時(shí)，共模插入損耗隨之變大。如圖2(b)所示，當(dāng)源阻抗RS不變時(shí)，負(fù)載阻抗RL越大，共模插入損耗越大。當(dāng)源阻抗變大時(shí)，共模插入損耗逐漸減小。

    以上結(jié)論可以總結(jié)為阻抗最大失配原則，即低源阻抗與高負(fù)載阻抗的條件下，失配程度越大，濾波器效果越好。若負(fù)載阻抗大于源阻抗，則式(4)可化簡為
   
源阻抗在近似計(jì)算的過程中可以被忽略，而負(fù)載阻抗對共模插入損耗的影響程度是不同的。圖3所示為源、負(fù)載阻抗分別為0．1／100 Ω、50／1M Ω時(shí)插入損耗的比較情況?？梢钥闯?，高頻段中負(fù)載變化對插損影響并不大，50／1M Ω雖然屬于阻抗嚴(yán)重失配的情況，但是源阻抗不趨近于零，而只是小于負(fù)載阻抗而已。由式(7)分析可知，在源阻抗小于負(fù)載阻抗的條件下，忽略源阻抗的影響，負(fù)載阻抗對插損的影響成反比，即負(fù)載阻抗越大，共模插人損耗越??；反之，則越大。
   

     如圖4所示，RLo的取值隨著頻率的增加而減小，當(dāng)RLRLo時(shí)，共模插損逐漸增大。

(2)差模插入損耗的分析。
    由式(3)可知，令

    由式(8)中可以看出，當(dāng)RS和RL同時(shí)增大時(shí)，g(RS，RL)也隨之增大。如圖5所示，同時(shí)增大源、負(fù)載阻抗，差模插入損耗逐漸增大。

    若阻抗失配的條件下，即源阻抗小于負(fù)載阻抗，式(8)可化簡為
   
    負(fù)載阻抗在近似計(jì)算中可以被忽略，而源阻抗對差模插入損耗的影響是不同的。圖6所示為源、負(fù)載阻抗分別為0．1／100Ω、50／1MΩ、100／1MΩ時(shí)，差模插入損耗的比較隋況。由式(7)分析可知，在源阻抗小于負(fù)載阻抗的條件下，忽略負(fù)載阻抗的影響，源阻抗對插損的影響成正比，即源阻抗越大，插損越大；反之，則越小。

3 結(jié)束語
    通過對EMI濾波器共模和差模等效電路進(jìn)行分析，推導(dǎo)出共模、差模插入損耗的計(jì)算表達(dá)式，并且分別對不同源、負(fù)載阻抗對共模、差模插入損耗的影響做了分析，得出如下結(jié)論：
    (1)對共模插損來說，在低源阻抗／高負(fù)載阻抗的條件下，失配程度越大，共模插損越高，濾波器性能越好。當(dāng)源阻抗小于負(fù)載阻抗時(shí)，忽略源阻抗的影響，負(fù)載阻抗對插損的作用成反比，即負(fù)載阻抗越大，共模插入損耗越?。环粗?，則越大。
    (2)對差模插耗來說，在高源阻抗／高負(fù)載阻抗的條件下，差模插入損耗越高。當(dāng)源阻抗小于負(fù)載阻抗時(shí)，源阻抗對差模插入損耗的作用成正比，即源阻抗越大，插損越大；反之，則越小。
    (3)RLo的取值隨著頻率的增加而減小，當(dāng)RLRLo時(shí)，共模插損逐漸增大。