电源滤波器，又名"电源EMI滤波器",或是"EMI电源滤波器",是一种无源双向网络，是一种对电源中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电气设备，它的一端是连接电源，另一端是连接负载。当我们选用电源滤波器时，应主要考虑三个方面的指标;首先是电压/电流，其次是插入损耗，最后是结构尺寸。由于滤波器内部一般是经过灌封处理的，因此环境特性不是主要问题。但是所有的灌封材料和滤波电容器的温度特性对电源滤波器的环境特性有一定的影响。

　　a)电压、电流对使用效果的影响

　　电源有交流直流之分，与此相对应，许多厂家的电源滤波器也分为交流和直流两种。从原理上讲，交流电源滤波器既可用在交流电源上，也可在直流电源上使用;但直流电源滤波器不能用在交流的场合，这主要因为直流滤波器中的电容器的耐压较低，并且有可能其交流损耗较大，导致过热。即使直流滤波器耐压没有问题，由于直流滤波器中使用了容量较大的共模滤波电容器，如果在交流的场合会产生漏电流超标的问题。因此，直流电源滤波器绝对不能用在交流的场合。交流滤波器用在直流场合，从安全的角度看没有问题，但要付出成本和体积的代价;在样机阶段，如果手头正好有交流滤波器，可以代替直流滤波器。

　　当电源滤波器的工作电流超过额定电流时，不仅会造成滤波器过热，而且会导致滤波器的低频滤波性能降低。这是因为滤波器中的电感在较大电流的情况下，磁芯会发生饱和现象，使实际电感量减小。因此，确定滤波器的额定工作电流时，要以设备的最大工作电流为准，确保滤波器在最大电流状态下具有良好的性能，否则当干扰在最大工作电流状态下出现时，设备会受到干扰或传导发射超标。

　　在确定滤波器的额定电流时，要留有一定的余量;特别是人们习惯上对交流电称"有效值",而不是交流电的"峰值",留有一定余量是非常有必要的。一般滤波器的额定电流值应取实际电流值的1.5倍。

　　b) 插入损耗对使用效果的影响：

　　从抑制干扰的角度考虑，插入损耗是最重要的指标。插入损耗分为差模插入损耗和共模插入损耗。

　　选用电源滤波器是怎样确定所需要的插入损耗

　　首先在设备的电源入口处不安装滤波器，对设备进行传导发射和传导敏感度的测量，并与要满足的标准进行比较，看两者之间相差多少分贝，滤波器的作用是弥补上这个差距。以抑制设备的传导发射为例，给出了确定滤波器插入损耗的过程。首先将设备的传导发射值最大包络线(a)与标准给出的限制值线(b)相比较，计算其差值得到需要的插入损耗值(c)。由于电源滤波器是低通滤波器将插入损耗线(c)变换为低通滤波器插入损耗的形式(d)，(d)就是滤波器需要的插入损耗值。

　　注意： (d)并不是低频滤波器的特性，而是一个带阻滤波器的特性，这是考虑到实际滤波器的非理想性(见下一节)。

　　但如果从厂家的产品样本上选择插入损耗值满足(d)的滤波器，十有八九会失败。因为厂家产品样本上的数据是在滤波器两端阻抗为50Ω的条件下测得的，而实际使用条件并不是这样。因此在实际使用条件下，滤波器的插入损耗会有所降低。为了保险起见，在从产品样本中选择滤波器时，应加20dB的余量，这就得到了(e)。从样本上选择滤波器，其插入损耗应满足(e)的要求。

　　实际电源滤波器与理想滤波器的差距

　　理想的电源滤波器是低通滤波器，但实际的电源滤波器通常是带阻滤波器。造成这种差别的原因是电容器和电感器的非理想性。

　　电容器的引线是有电感的，而电感线圈上又存在着寄生电容，尽管这些电感、电容很小，但当频率较高时，它们的影响是不能忽略的。因此由实际电感、电容器构成的低通滤波器电路在频率较高时，就变成了一个带阻滤波器电路。

　　此外，高频时器件之间的耦合也是造成滤波器在高频区间插入损耗减小的一个原因。从图可以看到，器件之间的距离对滤波器的高频性能有很大的影响。这种影响在1MHz时就已经很明显了。

　　因此，即使滤波器的电路结构完全相同，由于器件的特性不同、器件的安装方式的不同、内部结构的不同，它们的高频性能会差很多。滤波器的电路结构仅决定了滤波器的低频特性。要想提高滤波器的高频性能，生产时需要从许多方面注意制作工艺，如选用电感小的电容器、制作寄生电容小的电感、焊接时电容器的引线尽量短、在内部采取适当的隔离等。

　　电源滤波器高频插入损耗的重要性

　　许多人认为，既然传导发射极限值的频率上限30MHz,那么就没有必要对滤波器的高频衰减提出要求。这是一个误解，也正是存在这种错误的概念让许多人在使设备满足电磁兼容标准的过程中走了很长弯路，浪费了大量的时间和经费。

　　由于设备上的电缆是高效的辐射天线，当电缆上有高频传导电流时，会产生强烈的辐射，使设备不能满足辐射发射极限值的要求。因此，当电源线上有高频干扰电流时，同样也会产生辐射，使设备的辐射发射超标。对于一个没有电磁兼容经验的人来说，这个问题是很难发现的;因为当他所开发的设备辐射发射超标时，它会从机箱、信号电缆等环节检查(这是许多教科书和培训班中所介绍的)，而根本想不到会是电源线的问题。

　　特别是设备的电源线传导发射已经满足了标准要求时，它绝想不到应再次检查电源线是否有问题，所以，电源滤波器的高频特性是十分重要的。

　　电源滤波器在医疗电气设备中的应用

　　电源滤波器，又名"电源EMI滤波器",或是"EMI电源滤波器",是一种无源双向网络，是一种对电源中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电气设备，它的一端是连接电源，另一端是连接负载。

　　生物医学工程在现代化医院中所起的作用越来越重要。医疗设备的更新换代日新月异，高精尖的医疗设备更是决定着医疗服务水平，医疗仪器设备种类、规模和先进程度成为现代化医院的一个重要标志。然而现代科学技术也悄然将电磁污染的阴影笼罩在医院上空。在医院门诊室、手术室和病房中，一台有强电磁辐射的医用电气设备产生的电磁干扰会破坏或降低其他医用电气设备的工作性能;并通过对人体组织器官的物理化学作用产生有害的生理效应，对人体组织器官造成伤害，危及人类的身体健康。因此世界上许多国家都开始关注医用电气设备的电磁辐射问题，并制定了相应的标准和文件，提出了对医用电气设备的辐射和抗干扰的强制性要求。

　　欧盟医疗器械指令93/42/EEC-Medical Device Directive中明确规定--需要做CE认证出口到欧共体各成员国的医用电气设备必须通过IEC 60601-1-2标准中规定的电磁兼容性测试。我国医药行业标准YY0505-2005对医用电气设备的电磁兼容也做了相应的要求，并于2007年开始正式执行。因此，各医疗电气设备生产企业对电磁干扰的关注日益加强。

　　1 电磁干扰的类型

　　电磁兼容指的是一个产品和其它产品共存于特定的电磁环境中，而不会引起其它产品或者自身性能下降或损坏的能力，它主要包括辐射性和抗扰性两个领域。电磁干扰主要有两种类型：

　　1.1 辐射干扰

　　辐射干扰是指设备产生的电磁波通过空间传播，并对其他设备电路产生无用电压/电流的一种干扰方式。当两台设备间的距离与波长相比较长时，干扰以电磁波的形式传播。例如，在医生使用手机时，旁边的医用设备电脑显示器图像会出现抖动，这是因为手机工作时发出的信号通过空间以电磁场的形式传输到显示器内部。

　　1.2 传导干扰

　　传导干扰是指一台设备产生的电压/电流变化通过电源线、信号线传导并影响其他设备的一种干扰方式。当设备与导线的长度比波长短时，传导干扰主要是通过电源线、控制线、信号线传输的共模干扰和差模干扰，还有不同设备使用公共电源或公共地线所产生的共阻抗干扰。现代化的医院里，由于诊断病情和手术的需要，门诊室和手术室里往往不再是单一的医疗设备，而是多台设备集中放置，这就不可避免地使多台医用电气设备共用一个电源。

　　电源线本来一般只是输送50Hz交流电，但是由于连接设备的电磁干扰，使电源线上的电流很不纯净。传导干扰很容易通过电源线进入医疗设备中，使得设备出错甚至损坏，从而影响诊断结果的正确性。如果这样的传导干扰出现在手术过程中，严重时会危害到患者的生命安全。因此，在医用电气设备中抑制电源线的传导干扰非常重要。通常，我们采用的主要且有效的方法就是在被干扰设备的电源线上安装电源滤波器。

　　2 电源滤波器在医用设备中的具体应用

　　医用手术显微镜需出口欧盟，根据IEC 60601-1-2标准规定，对其进行电磁兼容性测试。发现该产品交流电源端口的传导干扰测试结果如图1所示。由图可见，该产品电源端口的传导干扰没有通过Class B限值的要求。经分析讨论，决定在产品电源输入端加装电源滤波器。

　　图1 交流电源端口的传导干扰测试结果图

　　2.1 电源滤波器的选择

　　滤波器是一种二端口网络，具有选择频率的特性，它可以让某些频率顺利通过，而对其他频率则加以阻拦。

　　电源滤波器属于抑制干扰滤波器，从频率选择的角度来说，也属于低通滤波器，它能够毫无衰减地把直流电源和交流电源的功率输送到设备上去，同时又能使高频干扰信号大大地衰减，以保护设备免受损坏。在选择具体型号时，要想在抑制的电磁干扰信号频率范围内实现最大可能的失配，使需要抑制的电磁干扰信号受到最大可能的衰减，就必须根据滤波器两端将要连接的电源阻抗和负载阻抗来选择电源滤波器的网络结构和参数，才能取得满意的抑制干扰的效果。经过选择，我们选择内部是无源低通网络的电源滤波器(TYCO公司生产的6EHG1-2型号)。将该滤波器一端接入干扰源，负载端接被干扰设备，可以抑制电源线上存在的共模EMI信号，使其受到衰减，并控制到很低的电平上。

　　2.2 电源滤波器的安装

　　在正确选择滤波器之后，将该电源滤波器加装在手术显微镜电源输入端，但产品仍没有通过传导干扰测试。

　　分析其原因：先是怀疑滤波器接地不良导致滤波器效果变差。于是把机箱放在接地平面上，滤波器电源用短线直接接地，结果仍然没有改善。经过观察试验，发现产品中的电源滤波器安装位置不同，传导干扰测试结果有所不同。当电源滤波器如图2(a)所示方式进行安装时，传导干扰测试结果没有明显改善;当电源滤波器如图2(b)所示方式进行安装并用金属螺钉与星形弹簧垫圈把滤波器的屏蔽牢牢地固定在设备电源入口的机器金属外壳上时，传导干扰测试数据有明显降低。经分析我们发现，图2(a)方式安装会导致滤波器输入端导线和输出端导线之间形成电磁耦合路径，从而在导线中形成串扰，如果这时再把滤波器输入端和输出端的电缆捆扎在一起，更会加剧滤波器输入输出端之间的电磁耦合，严重破坏滤波器和设备屏蔽对干扰信号的抑制能力，使得滤波器一端的EMI信号会逃脱滤波器对其的限制，不经过滤波器的衰减而直接耦合到滤波器的另一端。图2(b)方式安装是通过借助设备的屏蔽，把电源滤波器的输入端和输出端有效地隔离开来，把两端之间可能存在的电磁耦合(即串扰)控制到最低程度。并且将滤波器安装在电源进线入口面的设备外壳上，滤波器的屏蔽壳与设备外壳(设备外壳接地)接触良好，使得滤波器接地良好。

　　图2 电源滤波器的安装方式图

　　由此可得，滤波器的正确安装也是防止电磁干扰十分重要的环节。采用电源滤波器的目的是防止来自电源的传导干扰直接进入医用电气设备。如果滤波器安装不当，即使在屏蔽柜内，电源线的干扰也会通过辐射或感应影响医用电气设备，因此正确的安装方法非常重要。

　　2.3 改进措施

　　根据以上理论分析，在该手术显微镜电源输入端加装电源滤波器，并保证滤波器输入、输出之间的良好隔离，同时辅助一些内部电路的改动，再次进行测试，测试结果如图3所示。该产品电源端口的传导干扰通过Class B限值的要求。根据改动的方案对该手术显微镜批量生产，每台产品电磁兼容性测试结果全部符合标准要求。

　　图3 交流电源端口的传导干扰测试结果图

　　3 结语

　　电源滤波器是为了满足产品电磁兼容性要求时常用的器件，将其接入设备电源线的入口处后，既能有效抑制来自电网的干扰信号进入设备，又能抑制设备内部电路产生的干扰信号通过电源线传向电网。在医用电气设备的生产过程中，为了能够让电磁兼容性设计满足要求，不仅需要选择滤波效果良好的电源滤波器，更要针对电磁兼容性要求正确安装滤波器。