Power AC-DC User Manual
120
Amplitude (dBµV)
100
80
60
40
20
0
0.01
0.1
1
Frequency (MHz)
10
100
PI-1834-042296
Vfg243 QP
Vfg46 AVG
120
Amplitude (dBµV)
100
80
60
40
20
0
0.01
0.1
1
Frequency (MHz)
10
100
Vfg243 QP
Vfg1046 QP
(VDE0871B QP)
PI-1624-111695
AN-15
应用指南
®
TOPSwitch
电源在
EMI
及安规方面的设计技巧
离线式开关电源中存在的高电压高电流开关波形会产生
电磁干扰(EMI)。这些电磁干扰以传导和辐射的形式存
在。因此，所有离线式电源的设计都必须考虑衰减或抑
制EMI干扰，以满足可接受的标准要求。
本设计指南讨论了TOPSwitch电源中降低传导EMI的设计
方法，使其低于通常的标准限制要求。对变压器、PCB板
布局以及EMI滤波器进行合理适当的设计，不仅可以降
低传导EMI，而且抑制辐射EMI干扰，同时可以提高电
源的EMI抗干扰度。这些技术同样可用在直流输入电压
的情况，比如电信及电视电缆通讯（或电缆通信）。其
它相关信息请参见AN-14和AN-20。本文将对以下议题加
以讨论。
• 北美、欧盟以及德国的EMI规范
• 利用LISN测量传导干扰
• 峰值、准峰值及平均值检测方法
• 安全性
• EMI滤波元件
• 反激电源EMI特征波形
• 滤波器分析
• 供电电缆谐振
• 变压器结构技术
• 抑制技术
• 常用TOPSwitch EMI滤波器
• EMI滤波器的PCB板布局问题
• 应用注意事项
图 1. FCC Class A及B的限定（准峰值）
图 2. EN55022 Class A及B的限定（平均值及准峰值）
图 3. Vfg1046及Vfg243 Class B的限定（准峰值）
图 4. Vfg243（准峰值）和Vfg46（平均值）Class B的限定
April 2005
应用指南
PI-1625-111695
V
SL
V
SN
L
F
L
F
C
F
C
F
LINE
+
_
+
_
INPUT OUTPUT
NEUTRAL
C
C
C
C
R
SL
R
SN
安全性是至关重要的问题。在选择EMI滤波器元件、变压
器加强绝缘的设计以及PCB板初次级间距时都要对安全性
加以考虑。事实上，安全性与电源或EMI滤波器的设计是
分不开的，很难将安全性作为一个单独的问题加以讨论。
因此，此设计指南也将提供满足安规要求的TOPSwitch电
源设计指导。
规范
EMI
在针对目标市场研发系列产品时必须清楚所适用的EMI规
范要求。在美国，联邦通讯委员会(FCC)规定有EMI规范
要求。加拿大的规范类似于FCC规范要求。图1所示为
FCC标准第15节中J部分所规定的传导干扰限制。值得注意
的是，该限定只是针对准峰值的检测方法。第15节的最新
补充说明允许生产商在测试时使用C.I.S.P.R.第22版中的限
定标准作为替代，以证明其测试结果满足要求
(1)
。
AN-15
欧盟( E C)的很多国家 也 建立了电磁干扰兼 容 性的协调
计划。适用于信息技术设备的EN55022就是首批协调文
件之一。EN55022以及相应的测量文件C.I.S.P.R.22版规定
了欧盟市场中信息技术产品关于传导干扰限制，如图2所
示。事实上，EN55022的限定与C.I.S.P.R.22版的标准限定
是相同的。注意，class A和class B规范限制都是使用平均
值及准峰值检测方法的
(2) (3)
。
图3所示为适用于德国市场的众所周知的最严格的VDE
0871规范（窄带限制）。传统上都将此作为设计目标。
德国规范Vfg 1046/1984要求信息技术或电子数据处理设
备要满足VDE 0871的class B窄带限制要求，其测试频段
从10 kHz至30 MHz。注意，规范中的限定仅适用于准峰
值检测方式。当产品的市场仅在德国时，可以选择要么
满足Vfg 1046/1984的规范要求，要么满足新的德国规范
Vfg 243/1991（如Vfg 46/1992所更新）的要求。在新的规
范当中，将测试起始频率点从10 kHz放宽至150 kHz，从
而与EN55022的150 kHz至30 MHz的测试频段相协调。
Vfg243/1991规定了准峰值限定而Vfg46/1992增加了平均
值限定，如图4所示。与VDE0871
示了Vfg 243/1991 class B的准峰值限定。满足VDE 0871
(4) (5) (6)
相比，图3同时显
图 5. 输入阻抗稳定网络(LISN)
（根据Vfg 1046/1984）的EMI滤波器设计在成本上往往高
于满足Vfg/243规范要求的滤波器设计。
传导干扰的测量
详细的测试设备以及测量方法在各种EMI规范当中都有所
介绍，但一般概念都是相同的。都是使用输入阻抗稳定网
络(LISN)对传导干扰进行测量。图5中为在LISN内由LF和
CF表示的等效滤波器电路，该滤波网络使得输入线电压频
率的电流能够直接通过，而电源高频的传导干扰电流会流
经耦合电容CC和检测电阻RS。频谱分析仪或EMI接收机读
取由VSL和VSN检测得到的电流干扰信号的幅值，其单位为
dBµV，而VSL和VSN为RSL和RSN两端的电压。
版本 B 04/05
2
LISN Bonded to
Reference Plane
Non-conducting
Table
40 cm
80 cm 80 cm
80 cm
minimum
height
PI-1626-111695
Unit
Under Test
Load
This Edge Flush Up
Against Vertical
Reference Plane
PI-1627-111695
0
AC
CURRENT
AC
IN
C
IN
L
L
V+
V-
First
Pulse
Steady State Peak Current
Conduction Time
≅ 3 mS
I
D
图 6. 典型传导干扰符合性测试台设置
图6所示为标准要求的典型的传导干扰测试台设置，该测
试台为木制，至少80 cm高并且不能有任何金属扣件
接。如图所示，被测件、LISN网络及负载都要放置在距
离测试台边缘40 cm的地方。被测件与AC输入的LISN之
间以及被测件与DC输出的负载之间使用6英尺的电缆连
接。LISN及负载都距离被测件80 cm，将多余的电缆捆
扎起来以防止其呈现感性。测试台的边缘要紧靠在一个至
少两平方米面积的垂直参考平面上。LISN网络要使用一条
低阻抗的高频接地母线或编织电缆连接至参考平面上。
对某些应用，如果电源及负载都在同一个封装当中，则被
测件与负载之间的电缆可以省略不用。
在设计试验阶段以及符合性预测时，由于EMI接收机价格
贵而且不易使用，强烈建议使用频谱分析仪进行测量。传
导和辐射干扰测量时，频谱分析仪应具备10 kHz至1 Ghz
的频 率范围、 较宽的分辨带宽（包 含C.I .S.P.R. 所规定
的200 Hz、9 kHz及120 kHz带宽）、内置的准峰值检波
器、用于平均值测量的低于3 Hz的视频滤波器带宽调节
能力、峰值测量时的最大保持功能以及精确的经过温度补
偿的本地振荡器，该振荡器要能够对100 kHz的显示信号
进行定位并且频率漂移非常小。HP 8591EM和Tektronix
2712(option 12)
传导干扰符合性预测的使用要求。
AN-15
(8)
为两个较低成本的频谱分析仪，足以满足
应用指南
(7)
连
图 7. 差模电流对输入电容CIN的充电
峰值、准峰值及平均值检测
如图7所示，电源工作时由50或60 Hz的交流电源供电，
交流输入电压经过桥式整流及大电容滤波产生一个高压
DC电压。在接近交流峰值电压处仅在很短的时间内才有
输入电流流经桥式整流电路。在输入电压频率等效的8.3至
10 mS的周期范围内，通常实际的导通时间为3 mS。这
样可以确 定 等 效 的“对应输入电压频率的 占 空 比 ”为
30%至36%。只有在整流桥堆导通期间，传导干扰的电流
才会流向交流电网输入端（进而被LISN网络检测到）。
实际上，传导干扰信号仅在桥堆二极管导通时才会加到
频谱分析仪或接受机的检测器上，二极管的导通相当于
一个“选通脉冲”，其脉冲重复频率(PRF)
输入电网的频率（50或60 Hz），并具有相应的“输入频
率占空比”。由于整流桥堆导通时间而产生的“选通脉
冲”效应，无论对峰值、准峰值检测还是平均值检测，
都会引起测量信号幅值的改变。
(8) (9)
等于交流
3
版本 B 04/05
应用指南
110
Amplitude (dBµV)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
100
200
Frequency (KHz)
Peak Data
Average Data
300
500
400
PI-1628-111695
AN-15
频谱分析仪或EMI接受机显示的都是信号
(9)
的RMS有效
值。例如，一个100 kHz的连续正弦波电压，在示波器上
观察到有1伏的峰值电压时，其RMS电压有效值为0.707伏。
无论采用哪种检测方法（峰值、准峰值或平均值），频谱
分析仪（50欧母输入阻抗）对应此100 kHz信号显示值为
0.707伏（或117 dBµV或10 dBmW）。因为此信号为连
续的、窄带并且是未经调制或选通的信号。如果该信号为
宽带、调制的、以一个占空比加以选通或者以某种方式造
成波形非连续，则根据不同的检测方式，其显示的RMS值
将会有所不同。显示的测量值为等效连续正弦信号的幅
图 8. 峰值检测数据与平均值检测数据的对比
值，其RMS有效值等于检波级输出端测得的LISN信号的
RMS有效值分量。
准峰值检测是用来表明干扰实质上造成的危害程度。作
为类推，每秒都发生的轻缓的噪声与每小时发生的噪声
峰值检测 是 测 量 传导干扰时最简单迅速的 测 量 方 法。
解析带宽对应10 kHz至150 kHz的频带设为200 Hz，对应
150 kHz至30 MHz的频带设为9 kHz。扫描时间相对较
低。在不进行平均的情况下实时显示干扰测量值时，每
次扫描测量的峰值幅值都不一样，这是由上述的整流桥
相比其危害性更大。准峰值检测（实际上为一个经过校
准的中间带宽的视频滤波器）相当于一个有泄漏的峰值
检波器，它在两个输入信号脉冲之间进行局部放电。脉
冲重复频率(PRF)越低，峰值和准峰测量响应
(8) (9)
之间的
dB数值差异越大。
导通选通脉冲作用造成的。多数频谱分析具有“最大值
保持”功能，它可以将多次扫描测量中得到的最高数值
显示出来。在整流桥导通的选通脉冲期间，峰值检波器
测量最大信号的幅值。
准峰值和平均值检测方法与峰值检测相比其测量值总是
较低。如果峰值测量结果满足平均值规范的限定且有足
够的裕量 ， 则 没 必要再使用平均检波器进 行 平 均 值测
量。在没有平均值限定要求的情况下，如果峰值测量结
平均值检测简单的说就是一个转折频率大大低于选通脉冲
重复频率或PRF的低通滤波器。在通常的频谱仪当中，视
频滤波器的带宽可以降低至30 Hz或更低，从而对信号进
行平均加权，但扫描时间必须增加以便对测量结果加以校
正。为完成传导干扰的测量，应使用峰值检测的测量方法对
传导干扰的全部频段进行测量，一般从10 kHz（或者依
据不同的规范要求从150 kHz或450 kHz开始）至30 MHz。
果满足准峰值规范的限定且有足够的裕量，则没必要再
使用准峰值检波器进行准峰值的测量。一般地，在测试
验证TOPSwitch电源是否满足C.I.S.P.R.22版、EN55022或
Vfg 243/91（以及Vfg 46/92）限定要求时，峰值测量的数
据通常满足准峰值的限定要求，但在某些情况下与平均值
限定相比可能裕量不足。此时，有必要使用平均值检测方
法进行进一步的测量。
与规范要求的平均值限制值相比，如果峰值检测的干扰幅
度裕量不够，频谱仪显示的中心频点设定要保证每格的频
率跨度尽可能低，然后再降低视频带宽进行平均值测量扫
(10)
描
。图8所示为采用峰值和平均值检测的典型的传导干
扰测量结果，测量频率范围从10 kHz至500 kHz。值得注
意的是，峰值检测除了采集100 kHz开关频率的基频及其
前三个谐波分量以外，还对输入频率整流产生的高次谐
波进行采样，从而得到图中所示的包络曲线。
4
版本 B 04/05
安全规范
在进行EMI滤波器设计之前必须了解安全规范，因为安全
方面的要求会对EMI滤波器的设计有所限制。
事实上，所有的仪器设备，包括计算机、打印机、电视、
电视解码器、视频游戏机、电池充电器等等都必须经过
安全验证，以满足目标市场的安全标准并贴上相应的安
AN-15
应用指南
全标识。各种安全标准中的安规要求十分相似。本应用
指南将重点放在非常普及的IEC950
(11)
标准当中关于电击
危害的要求。
欧洲国际电工委员会IEC950标准的名称为“信息技术设备
包括商用电气设备的安全性”。该标准对安全设备的设计
要求进行了详细的规定。IEC950的应用主要是用来防止某
些危险可能带来的损害或损伤。这些危险包括电击、电能
伤害、火灾、机械和热的伤害、辐射性伤害以及化学性伤
害。IEC950中的如下规定和要求适用于TOPSwitch电源。
（针对典型TOPSwitch电源的关键要求有很多，这里所罗
列的仅为其中的一部分。圆括号内为相应的IEC950章节
序号。）
IEC950规定（适用于TOPSwitch电源）:
（介绍） ： 电 击 是由于电流通过人体而产 生 的 。 大约
1 mA的电流就能在健康的人体内产生反应，而且这种不
知不觉的反应可能会导致间接的危害。电流再大些就会产
生直接的影响。在干燥的条件下，高达40 V的峰值电压
或60 VDC的直流电压通常不认为是危险电压。但是，对
使用时必须接触的或用手操作的裸露零部件，则应使其
处于地电位，或者对其采取适当的隔离。
(1.2.4.1): I类设备：用下列方法来获得防电击保护的
设备。
(1.2.8.2): 次级电路：没有直接连接（除非通过适当的Y电
容）至初级功率端的电路。其传送的功率来自于变压器。
(1.2.8.5): 安全特低电压(SELV)电路：作了适当设计和保护
的次级电路。在正常工作条件下和单一故障条件下，电路
中任意两个靠近的部件间或者某个部件与I类设备的保护地
接地端之间的电压都不超过一个安全电压值。
(1.2.9.2): 基本绝缘：对防电击提供基本保护的绝缘。
(1.2.9.3): 附加绝缘：除基本绝缘以外施加的独立的绝缘，
在基本绝缘一旦失效时仍能防止电击发生。
(1.2.9.4): 双重绝缘：由基本绝缘加上附加绝缘构成的
绝缘。
(1.2.9.5): 加强绝缘：一种单一的绝缘结构，其所提供的防
电击保护等级相当于双重绝缘。
(1.2.9.6): 工作电压：当设备以额定电压在正常使用的条
件下工作时，所考虑的绝缘上所承受到的或能够承受的
最高电压。
(1.2.9.7): 走线：在固体绝缘材料（比如PCB板或变压器骨
架）的表面上利用电介质和电解液相腐蚀的化合作用，在
其表面形成的导电连接路径。
a) 采用基本绝缘，而且
b) 还要有一种连接装置，使那些在基本绝缘一旦失效就
会带危险电压的导电零部件与建筑物配线中的保护接
地导体相连。
(1.2.4.2): II类设备：防电击保护不仅依靠基本绝缘，而且
还采取附加安全保护措施的设备。比如采用双层绝缘或加
强绝缘的设备。这类设备既不依靠保护接地，也不依靠安
装条件的保护措施。
(1.2.8.1): 初级电路：直接与外部供电电网或其它等效供
电源连接的内部电路。在TOPSwitch电源当中，这部分电
路包括EMI滤波器、分立或共模电感、整流桥、变压器初
级、TOPSwitch以及任何连接至TOPSwitch的元件，比如初
级偏置绕组和光耦器的三极管。
(1.2.10.1): 爬电距离：在两个导电零部件之间或导电零部
件与设备 的 边 界 面之间沿绝缘体表面测量 得 到 的 最短
距离。在TOPSwitch电源当中，最重要的爬电距离为所
有初级电路至所有次级电路之间的距离（一般为5 mm至
6 mm）。
(1.2.10.2): 电气间隙：在两个导电零部件之间或导电零部
件与设备的边界面之间测量得到的最短空间距离。
(1.2.11.1): 安全隔离变压器：将供电给SELV电路的绕组与
其它绕组（比如初级绕组及初级侧的偏置绕组）隔离开的
功率变压器。这样即使绝缘被击穿，在SELV绕组上也不
太可能或不会引起危险情况的发生。
5
版本 B 04/05
应用指南
AN-15
IEC950要求（适用于TOPSwitch电源）
(1.4.5): 在确定用于测试的供电电源的最不利电源电压
时，应考虑下列各种因素：
• 多种额定电压
• 额定电压范围的极限
• 制造商规定的额定电压容差。如果容差没有规定，则使
用+6%和-10%的容差范围
(1.6.5): 如果设备预定直接与交流电网电源连接，则最小
的供电容差范围为+6%和-10%。
(2.1.10): 设备在设计上应保证在电网供电断开时，不会因
连接到供电电路电容内的电荷而造成电击危险。如果设备
中有额定容量高于0.1 uF的电容连接至外部电网，则对于
A型可插式设备（无工业用插头和插座）必须设法对电容
进行放电，放电的时间常数必须小于1秒。此要求特别适
用于任何直接连接至交流电网的EMI滤波器电容。当电
源线从插座拔出时，其插针是外露的，因而该电容可能
会引起电击。
(5.2.2): 接地漏电流：在最不利的（最高）输入电压情
况下，最大接地漏电流不得超过下面表格中规定的限定
值。对于II类设备，当输出没有与大地连接时，测试要
在可触及的导电零部件上进行，而对于可触及的非导电
零部件，应对贴在该零部件上面积小于10 cm × 20 cm的
金属箔进行测量。
级别 设备类型 最大漏电流
II
I
I
所有设备
手持式设备
移动式设备
（手持式设备除外）
0.25 mA
0.75 mA
3.50 mA
绝缘等级
基本绝缘、附加绝缘加
强绝缘（初级至次级）
表 2. 绝缘抗电强度
U ≤ 130 VAC 130 ≤ U ≤ 250 VAC
1000 VAC
2000 VAC
1500 VAC
3000 VAC
(5.4.1): 异常工作和故障情况：设备的设计应尽可能地避
免因机械、电气过载或失效、异常工作或使用不当而造
成的着火或电击危险。
(5.4.6): 元件和电路（除了马达、变压器、PCB板爬电及
间隙距离或次级电路的机电元件以外）都必须符合异常
和故障情况下的使用要求(5.4.1)。验证时可模拟如下故
障条件：
- 初级 电路的任何 元件出现失 效（包括E MI滤波器元
件、整流桥、储能电容、TOPSwitch及其连接的所有
元件）；
- 可能对附加绝缘或加强绝缘产生不利影响的元件失效
情况（特别是连接在初级电路和次级电路之间的Y2电
容失效）；
- 此外，对于不符合4.4.2子条款（减小引燃的危险）和
4.4.3子条款（材料及元件的可燃性）要求的设备，则
所有的元件都要进行失效模拟；
- 在设备输出功率或信号的连接终端和连接器（电网电
源插座除外）上，接上最不利的负载阻抗后所引起的
故障（比如：将一个II类设备的输出端接至大地上会
使测量的漏电流增大）。
检查设备、电路图及元器件规格书，以确定可能出现的
故障情况。
表 1. 最大漏电流
(5.3.2): 抗电强度：绝缘应能承受一分钟的试验电压。该
电压或者是波形基本上为正弦波、频率为50 Hz或60 Hz
的交流电压，或者是等于规定的交流试验电压峰值的直流
电压。试验电压应按下面表格的规定针对相应的绝缘等级
以及绝缘两端的工作电压U选取。
6
版本 B 04/05
（一般而言，设计用于初次级电路之间、承担全部抗电强
度电压并由安规机构认证的元件不属于单一元件失效测
试范畴，因为仅仅做短路失效是非常不可靠的。比如，
安全上有要求的光耦器和Y1电容，可以在初级和次级电
路之间直接使用，在交流电网电压达250 VAC时仍可正
常工作。）
AN-15
PI-693-031592
Z
f
C
ESL
ESR
Z=
1
2πfC
Ideal
Z= 2πfESL
ESR
f
r
Actual
应用指南
典型交流电网输入电压配置
TOPSwitch电源通常都连接在两线或者三线配置的交流电
网上。为完成此应用指南中所介绍的EMI设计，现在对
两线和三线配置加以说明。
两线交流输入
TOPSwitch电源两线交流输入的连接可以由一条线电压线
与一条中线组成，其中交流电网的中线最终在该处通过
供电的接线板连接回大地。两线连接方式也可以由两个
单独的相线构成，两条线都不直接连接至大地。电源的
安全特低电压(SELV)输出可直接连接至大地，也可不直
接连接。
此应用指南当中，中线被看成是一个不接地的交流电源
线或者单独的相线。因此，与任何交流电源线一样对其
有相同的安全考量要求。此外，假定电源SELV输出的返
回端是直接连接至大地的最坏情况。出于安全的考虑，
很多时候都不会采用此连接。
但可能不会以最终产品的尺寸及成本作为设计目标。了解
EMI滤波器设计的基础知识，有助于设计者使用较小的、
低成本的单级EMI滤波器。
图 9. 理想电容阻抗和实际电容阻抗的比较
电容
正确地选择EMI滤波器中的电容需要注意三个关键参数：
阻抗特性、额定电压及安全要求。
三线交流输入
三线连接方式中，第三条线为接大地的地线，用于连接
EMI滤波器元件、屏蔽、底盘以及外壳。中线被看成是一
个不接地的交流电源线或者单独的相线。因此与任何交流
电源线一样，对其要求也有相同的安全考量。此外，假定
电源SELV输出的返回端是直接连接至大地的最坏情况。
出于安全的考虑，很多时候都不会采用此连接。
滤波器元件
EMI
EMI滤波器实际上是简单地由电感或扼流圈与电容组合构
成的。串联电阻由于会导致不希望出现的功率损耗，因而
通常不会采用串联电阻来降低传导干扰。
单级EMI滤波器（一级共模和差模衰减）占用的空间最小
成本也最低，但设计时必须仔细考虑，比如电路的寄生效
应、元件寄生效应以及PCB板布局，这样才能以足够的裕
量满足要求。也可以使用多级滤波器，因为可以对一级滤
波器进行适当的设计，使其弥补其它级滤波器的不足。两
级的设计可以降低电流干扰并增大满足规范限定的裕量，
图9所示为理想电容器和非理想电容器所表现出的阻抗
特性。理想电容器的阻抗特性随频率的增加线性下降。
实际电容由于有寄生电感和电阻的存在，其阻抗特性的表
现与理想电容相比有很大的差异。
如图中所示，等效串联电感(ESL)会使电容具有一个自谐
振频率fr。电容在自谐振频率点处的阻抗由等效串联电阻
(ESR)决定。超过此自谐振频率点(fr)，电容实际上表现
为一个电感。通常，聚酯薄膜电容、聚酯薄膜与纸介质
合成的电容以及陶瓷介质电容的自谐振频率点最高，常
用于EMI滤波器中。
铝电解储能电容
开关电源往往都有一个桥式整流器及高压储能铝电解电
容，如图7中CIN所示。用于将交流电网的输入电压转换成
支流高压总线电压（一般为100至400伏的直流）。
该电容的阻抗必须尽可能的小，它提供了第一级对差模
传导干扰的滤波。
7
版本 B 04/05
应用指南
Impedance
(Ω)
Frequency (Hz)
100
100
500
10
0.1
0.01
1
1K 10K 100K 1M 10M 40M
RADIAL 22µF 10x20
RADIAL 47µF 12x25
AXIAL 33µF 12x25
PI-1629-111695
Impedance
(Ω)
Frequency (Hz)
100
100
500
10
1
0.1
0.01
1K 10K 100K 1M 10M 40M
AXIAL 33µF 16x40
RADIAL 10µF 12x20
PI-1630-111695
RADIAL 100µF 22x35
Impedance
(Ω)
Frequency (Hz)
100
100K
100
10
10K
1K
1
0.01
0.1
1K 10K 100K 1M 10M 40M
0.033µF
0.1µF
0.22µF
0.47µF
0.047µF
0.033µF
(LONG LEADS)
PI-1631-111695
AN-15
图 10. 200 V耐压的铝电解电容阻抗
图 11. 400 V耐压的铝电解电容阻抗
分类 可承受的
峰值脉冲
电压
X1
>2.5 kV
≤4.0 kV
X2
>2.5 kV
IEC-664
绝缘等级
III
II
应用 耐久测试前可
承受的峰值脉
冲电压
高脉冲应用
C ≤1.0 mF
UP = 4 kV
一般用途
C ≤1.0 mF
V
P
UP = 2.5 kV
X3
≤1.2 kV
-
一般用途
None
表 3. X电容分类
X电容仅用在当电容失效时不会使任何人遭受电击危险的
位置。电容通常连接在交流电网输入两端，作为EMI滤波
器的差模干扰的抑制。X电容分为三种：
在TOPSwitch电源的EMI滤波器中最常用的为抑制差模的
X2电容。也可使用X1电容，但成本较高。通常不使用
X3电容。
图10和图11所示的耐压分别为200 V和400 V、径向引线
（两条引线在电容器的一端引出）的铝电解电容与类似
的轴向引线（两条引线分别从电容器的两端引出）电解
电容在阻抗特性方面的比较。图中同时显示了近似的电
容尺寸（直径与长度，单位为mm）。径向引线电容在低
于10 MHz的频段其阻抗特性都是很低的，而轴向引线电
容当频率高于1 MHz时呈现感性阻抗。应使用径向引线
电容并且 安 装 时 靠近引线的引出端以减小 引 线 长 度及
ESL。不要使用轴向引线电容，因其总的引线长度较长
（至少等于电容的直径），使ESL增大，从而增大了阻
抗。值得注意的是，在高于1 MHz频率，较大的轴向引
线电容与较小的径向引线电容相比，实际上其阻抗更高
（因此会造成较高的传导干扰电流）。
EMI滤波器电容
各公司将EMI滤波器中使用的电容划分为：无线干扰抑
制器、衰减电容或安全认证电容。这些电容必须满足欧
洲标准EN 132400中关于安全的要求。该标准定义了两类
电容，分别为X电容和Y电容
版本 B 04/05
(12) (13)
。
8
图 12. X2电容阻抗
很多供应商都提供X2电容，包括Murata、Roederstein、
Panasonic、Rifa及Siemens。图12所示为不同尺寸的短引
线X2电容的阻抗特性，同时也显示了一个较小的长引线
X2电容的阻抗。往往使用短引线的电容，以便降低阻抗，
从而降低高频传导干扰电流。
Y电容用在电容失效时可能造成某些人有电击危险的场
合。Y电容通 常 从 交 流 电网或桥式整 流 输 出 端 连接至
SELV次级、底盘、屏蔽构件或者大地。由于不同应用
都对最大允许漏电流有所要求（根据交流电网的连接方
式，漏电流范围从0.25 mA至3.5 mA），因此必须对Y电
容的最大数值加以限制。EN 132400标准中对Y电容划分
为四个等级。
AN-15
Impedance
(Ω)
Frequency (Hz)
100
10M
1M
100K
10K
1K
100
10
1
0.1
1K 10K 100K 1M 10M 40M
4700pF
1000pF
680pF
330pF
2200pF
4700pF
(LONG LEADS)
PI-1632-111695
DUT
PI-717-032192
LINE
NEUTRAL
GND
Leakage
Currents
应用指南
分类 绝缘类型
双层绝缘或加强
Y1
绝缘
基本绝缘或附加
Y2
绝缘
基本绝缘或附加
Y3
绝缘
基本绝缘或附加
Y4
绝缘
额定电压
(VAC)
≤ 250 V
≥ 150 V
≤ 250 V
≥ 150 V
≤ 250 V
< 250 V
用于QA、
周期性及批
次测试的测
试电压
4000 VAC
1500 VAC
1500 VAC
900 VAC
耐久测试前可
承受的峰值脉
冲电压
8.0 kV
5.0 kV
None
2.5 kV
V
P
表 4. Y电容分类
在两线230 VAC输入或宽电压输入的应用中，交流电网或
桥式整流输出端与SELV次级之间可以直接使用一个Y1安规
电容。一个Y1电容同时可以满足抗电强度的要求（电源连接
于230 VAC电网时，通常施加3000 VAC电压，时间为一
分钟）。1000 pF的Y1电容可从下面的厂商得到：Murata
(14)
（ACT4K-KD系列的DE1110 E 102M ACT4K-KD）、
Roederstein
(12)
Rifa
(15 )
（WKP系列的WKP102MCPE.OK）以及
（PME 294系列的PME 294RB4100M）。一般地，
Y1电容不会在三线输入应用当中使用。
Y2电容不满足加强绝缘的要求。在进行单一元件失效安
全分析时，Y2电容可以先用跳线来替代，再检查是否存
在电击或火灾的危险。在多数的两线输入应用中，通常在
初级和SELV输出之间使用两个2200 pF的Y2电容串联，
这样 当其中一 个Y2电容出现短路失效时不 会造成安 全
方面的危 险 。 为 了满足抗电强度的要求（ 电 源 连 接于
230 VAC电网时，通常施加3000 VAC电压，时间为一分
钟），采用两个Y2电容串联也是必要的。在三线输入的应
用中，Y2电容可以直接连接在交流电网或桥式整流输出与
大地之间。因为大地的接地线在Y2电容短路时，可以对故
障电流进行安全地分流。额定电压为250 VAC的Y2电容
可以从很多供应商处得到，包括有Murata、Roederstein、
Panasonic、Rifa及Siemens。图13所示为不同尺寸的短引
线Y2电容的阻抗特性，同时也显示了一个较大的长引线
Y2电容的阻抗。Y电容用于完成从10 MHz至200 MHz频
段的大部分的高频滤波。注意，通常电容的谐振频率为
40 MHz或更高，除非人为地使用较长的引线或较长的
PCB板走线进行降低。长引线及长PCB走线会引起干扰电
流，尽管可以满足传导干扰要求但同时会从供电电缆辐射
出足够高的能量，从而造成辐射干扰要求超标。所有Y电
容的连接使用短引线及尽量短的PCB板走线，无论对传导
干扰还是辐射干扰都是非常重要的。
图 13. Y2电容阻抗
在115 VAC输入的应用中，两个串联的Y2或Y4安规电容
可以直接连在交流电网或桥式整流与SELV次级之间。通
常不会使用Y3安规电容。
当安全接地连接开路或者某个元件失效（比如Y1电容，
因其结构原因，在失效元件测试时不包括在内）时，安
全规范，比如UL1950、UL544、及IEC950，都对总的故
障电流大小进行了限定。例如，UL1950规定，I类信息技
术设备或三线（相线、中线及地线）、240 VAC、60 Hz
的输入，当地线开路或某个元件失效短路时其漏电流不得
高于3.5 mA。因此，Y电容的最大容量被限制在0.039 µF
之下（或39 nF）。对于II类设备或两线（相线、中线，
没有地线）输入，当某个元件失效时其漏电流不得高于
图 14. 典型的安全测试装置
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应用指南
Single
Layer
Windings
PI-708-031992
TOROIDAL SOLENOIDAL
PI-709-031992
Inductance
# of Turns
No
Bias
Heavy
Bias
Current
PI-1725-121895
Z
f
C
W
R
S
R
S
L
Z=
1
2πfC
W
Ideal
Z= 2πfL
f
r
Actual
250 µA，因而对应240 VAC、60 Hz的输入，Y电容的最
大值被限制在低于0.0028 µF（2.8 nF或2800 pF）。电容
和输入电压的容差也必须加以考虑。图14所示为用于漏电
流测量的典型装置。
电感或扼流圈
正确地选择EMI滤波器中的电感需要注意三个关键参数：
等效阻抗特性、电流额定值及浪涌电流能力。
图15所示为理想及非理想电感所表现出来的阻抗特性。
理想电感的阻抗特性随频率的增加而线性增大。实际的
电感有寄生的串联电阻RS和并联的匝间电容(CW)存在。
如图中所示，CW产生了一个谐振频率点。超过该谐振频
率点(fr)时，电感实际上表现为一个电容。
图 15. 理想电感阻抗和实际电感阻抗的比较
电源都具有桥式整流输入滤波器，如前面的图7所示，它
汲取的工频电流具有很高的峰值但宽度相当窄。通常分立
扼流圈对峰值电流的影响最小，但必须保证其通过峰值电
流时不会出现严重的饱和（饱和会降低等效的电感量）。
另外，当输入电容CIN完全放电后，交流供电再次重新上电
时会产生较高的浪涌冲击电流。因此，分立扼流圈的额定
电流值必须能够保证安全地流过此浪涌峰值电流。
差模电感
差模扼流圈实际上就是用于EMI滤波器的分立电感，通过
的电流为工频或直流电流，同时对高频传导干扰电流进行
阻断或滤波。如图16所示，差模扼流圈通常绕制在低成本
的螺线管磁芯上，该磁芯或者是铁粉芯或者为铁氧体材
料。环形磁芯在成本上相对高些，但也可以使用。单层
绕组扼流圈的电容最小，谐振频率最高。
AN-15
图 16. 差模电感
等效电感量随差模扼流圈中流过的峰值电流大小而改变。
再次参考图7，交流输入经桥式整流和滤波后得到高压直
流总线电压。如图中所示，输入电流仅在很小的导通时间
内流过。正常工作期间，峰值交流输入电流相当高。差模
扼流圈的设计和选择要保证在峰值交流输入电流流经时不
会出现饱和。图17所示为使用铁粉芯的环形磁芯其电感量
随圈数和峰值电流的变化情况。在峰值交流输入电流很高
的情况下为得到所期望的电感量，通常要求使用较多的圈
数或者较大的扼流圈磁芯。图18所示为两种不同的差模扼
流圈的典型阻抗特性。值得注意的是较大的扼流圈在较低
的频率点处发生谐振并且呈现容性。较小的扼流圈在高于
图 17. 有偏置电流时的电感量
10
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AN-15
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
Frequency (Hz)
Impedance (Ω)
IMPEDANCE vs. FREQUENCY
10
5
PI-739-032392
10
0
100 µH
10
4
10
3
10
2
10
1
1 mH
18max.
10±0.5
4min. 20max.
16max.
0.7
PI-1634-111695
IN
OUT
PI-1633-111695
I
D
I
D
图 18. 典型的差模扼流圈阻抗
3 MHz频率时阻抗较高，因为其自谐振频率点较高。为了
对基频分量进行衰减可以使用较大的扼流圈，但这样可能
会使高于3 MHz频率的电流分量通过。
EMI滤波器中经常使用的差模扼流圈在输出功率较低（低
于5 W）的应用当中，即可以对差模也可以对共模进行
滤波。输出功率较高时，选择合适的共模扼流圈可以同时
得到差模电感量而不会有额外成本的增加。
应用指南
图 19. 理想的共模扼流圈
流从共模扼流圈的一个绕组流进，却从另外一个共模扼流
圈的绕组流出。IC1和IC2为“共模”电流。可能与幅值和相
位有关，也可能无关。对于共模电流来讲，共模扼流圈表
现为很大的电感。
两种低成本骨架类型的共模扼流圈简化了EMI滤波器的设
计。图20所示为采用“U型”磁芯的共模扼流圈。绕组在
一个常规骨架上绕制。两个U型磁芯插进骨架当中并用夹
子固定。几家提供U型磁芯共模扼流圈的公司有Tokin
Tamura
(17)
、Panasonic/Matsushita
(18)
、TDK
(19)
及Murata
(16)
(20)
、
。
共模电感
共模扼流圈就是特别为共模EMI滤波器而设计的专用电
感。共模扼流圈由两个相同的绕组构成，两个绕组中差
模电流产生的磁场是相互抵消的。图19所示为环形磁芯
的共模电 感 ， 非 常适合说明其作用。但如 下 文 所 述，
它并不是 低 成 本 的 实用EMI滤波器的最佳选择 。 图 1 9
显示了三种电流分量ID、IC1和IC2。ID为差模电流（如图7
中所示）。它从交流电网供电端开始通过共模扼流圈的一
个绕组流向电源，经过桥式整流的一个二极管，给高压储
能电容CIN充电，再经过另一个桥式整流二极管、共模扼流
圈的另一个绕组回流至供电端。由于差模电流ID的循环流
动以及两个绕组的极性相同，磁芯内的磁场被完全抵消。
注意，两个绕组的“起始”端从磁芯的同一侧进入磁芯，
而两个绕组的“结束”端从磁芯另外一侧出来。共模扼流
圈对于循环的差模电流来讲相当于短路电路。比如，ID电
图 20. U型磁芯共模扼流圈（所有尺寸以mm为单位）
图21所示为新型使用“线轴”式、骨架结构为两件的共
模扼流圈。骨架的两部分在无气隙的磁芯附近紧扣在一
起。骨架上的齿轮与绕线机上的齿轮啮合，将漆包线缠
绕在骨架上。Panasonic/Matsushita
(18)
及Tokin
(16)
供应线轴
式共模扼流圈。
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