本文应用了二端口网络的原理，对开关电源中直流EMI滤波器进行了分析，给出了直流EMI滤波器设计的一般方法及相关参数的计算方法。
1 基于二端口网络直流EMI滤波器的设计
目前广泛使用的开关电源，无论单桥式、推挽式、半桥式、全桥式都可以归纳为图1所示的形式（以单相为例）。
图1 开关电源的一般性原理图
由图1可以看出，通过对直流EMI滤波器的配置，可以改变电路的等效阻抗，进而达到预期的滤波效果。
直流EMI滤波器双端口网络模型如图2所示。其混合参数方程为
（1）
式中：g11为输入导纳；
g22为输出阻抗；
g12为反向电流增益；
g21为正向电压增益。
图2 直流EMI滤波器双端口网络模型
由式（1）可以等效出如图3所示的原理图。
图3 直流EMI滤波器等效原理图
直流EMI滤波器设计必须满足以下几项要求：
1）要保证滤波器在滤波的同时，不影响电源的带负荷能力；
2）对于输入的直流分量，要求滤波器尽量不造成衰减；
3）对于谐波分量，滤波器要有良好的滤波效果。
结合混合参数方程及等效原理图,由要求1）知，滤波器的输入导纳和输出阻抗要尽可能小，即g11=g22=0
由要求2）知，低频时，反向电流增益g12和正向电压增益g21设计值要尽量为1，而输入导纳和输出阻抗要尽可能小,也即g12=g21=1，g11=g22=0；
由要求3）知，高频时，g11，g12，g21，g22都要尽可能地小。
以上的分析结论就是直流EMI滤波器设计的一般方法及滤波效果的评判标准。
2 实例分析
LC滤波器和四阶直流线路滤波器是工程实际中常用的滤波器,下面就以上面的结论分析其滤波效果。图4为LC滤波器原理图。
图4 LC滤波器原理图
其混合参数方程为
（2）
对于直流分量，由于f趋向于0，对应有ω=2πf趋向于0；显然g11=g22=0；g12=g21=1。
对于谐波分量，
|g11|=
；|g12|=
=|g21|；|g22|=
。
考虑到当ωL>10时，显然有g11=g12=g21=g22=0。分析系统的输入导纳和输出阻抗，要保证输入导纳g11趋向于0，必然使得L取值很大；要保证输出阻抗g22趋向于0，必然使得C取值同样很大，这给工程实际应用带来了局限性，这也正是LC滤波器的缺点。
在工程实际中广泛应用的四阶直流线路滤波器其原理图如图5所示。
图5 四阶直流线路滤波器原理图
其混合参数方程为
（3）
式中：
g=
。
如果令z=
，则可以求得相应的参数如下：
g11=gz；g12=g21=z；g22=－L1sz。
下面分析此滤波器电压传递函数的幅频特性，滤波器的电压传递函数为
G(s)=
=
（4）
将参数g代入，应用MATLAB做出其对数幅频特性曲线如图6所示。
图6 系统的幅频特性曲线
显然，在低频段输出电压的衰减较小，高频段的滤波效果比较明显。
由以上分析可以看出，由于此电路元件参数的选择范围较宽,因此较容易设计出满足设计要求，且适用于工程实际的滤波器。作者已将此电路应用到了为长沙某公司所设计的开关电源中。
设计要求为：
1）输入1000V的尖峰电压,最大产生20A电流；
2）滤波器输出电流从0～25A变化时，造成513V电压波动不超过2％。
据此设计要求可得到设计允许值为：
g11=20/1000=0.02；
g22=U/I=(513＊2％)/25=0.4。
最终选定的参数值为：
L1=500μH；L2=140μH；R0=0.3Ω；
C1=470μF；C2=40μF。
将这组参数值代入式(3)得到:
g=5；z=0.003；
g11=gz=0.015；g12=g21=0.003；g22=0.2。
加入此滤波器前后开关电源输出电压波形如下图7所示。
(a) 未加滤波器电源输出波形
(b) 加入滤波器后电源输出波形
图7 开关电源输出波形
3 结语
本文应用二端口网络原理，对开关电源EMI滤波器的设计要求进行了分析总结，得出了3条设计要求，它适合于任何滤波器的设计。从该设计要求出发，可以对现有的开关电源EMI滤波器性能进行分析。本文给出了一个应用该要求设计出的EMI滤波器，并用在了工程实际，运行结果表明该原理理论性与实践性均较好，具有通用性。