EMI滤波器中重要的设计XY电容的选择与使用—苏州泰思特电子科技有限公司

我们一般把安规电容称之为X,Y电容，它根据IEC60384-14:2005进行认证。那么怎么正确的选择和使用X，Y电容才能够符合安规的要求呢？下面我们从X，Y电容的基本特性和实际应用两方面进行阐述。

(一)X、Y电容两者的基本特性

X电容双称为差模电容，经常性的出现在不会导致电冲击危险的场合所使用的电容器或RC组件，X电容在电路中用于L-L之间，或L-N之间，从而起到差模滤波的效果，因此X电容也被称做差模电容。我们把X电容叠加到电源本体上的脉冲峰值电压（使用中可能承受的）大小，分为X1，X2，X3三类电容，下表1。

安规电容安全等级

应用中允许的峰值脉冲电压

过电压等级（IEC664）

应用场合

耐压测试中施加峰值脉冲电压Up

X1

＞2.5KV

≤4.0KV

Ⅲ

高峰值脉冲电压

当CR≤1.0uF,

Up=4.0KV;

当CR＞1.0uF,

Up=4/CR1/2

X2

≤2.5KV

Ⅱ

普通

Up=2.5KV;

Up=2.2/CR1/2

X3

≤1.2KV

表1X电容

绝缘类型

额定电压范围

耐压测试电压

Y1

双重绝缘或加强绝缘

≤250V

8.0KV

Y2

≥150V

5.0KV

Y3

Y4

＜150V

2.5KV

表2Y电容

另外要注意的是，Y电容除了要符合相应的电网电压耐压外，同时要求电容器在电气和机械性能方面有足够的安全余量，避免在极端恶劣环境条件下出现击穿短路现象，Y电容的耐压性能对保护人身安全具有重要意义。

(二)X、Y电容具体使用方法

在EMI滤波器的设计中X，Y电容是相当重要的。在EMC设计里，所有器件都不是理想，包括电容。在频率范围比较高的情况下，其寄生参数（寄生电容、寄生电感）是不可忽视的，而且往往是影响滤波性能的重要因素。

实际电容的等效电路见图1：

图1电容等效电路

图中：ESR：电容器的物理结构及引脚上不可避免的存在寄生电阻，我们称之为EquivalentSeriesResistance；ESL：电容器将流过它的电流限制在一个给定的物理路径上，对电流有一定的限制作用，形成了EquivalentSeriesInductance；IR：直流电压加在电容上，并产生漏电电流，两者之比称为绝缘电阻。当电容较小时，主要取决于电容的表面状态；当容量＞0.1uf时，主要取决于介质的性能。随着频率的升高，C的阻抗远远小于IR的阻抗，在EMC考虑的频率范围以内，可以忽略IR。则电容阻抗曲线如图2，插入损耗曲线如图3：

图2电容阻抗曲线

图3电容插入损耗曲线

上图可见，因电ESL的存在，电容实际上是一个LC串联谐振网络，在谐振频率上会发生谐振，谐振点上，阻抗很小，插损很大；当干扰频率高于谐振点后，电容呈现电感的阻抗特性，频率越高，阻抗越大，电容的滤波效果越差。这在实际工程中必须引起足够的重视。

所以要滤除高频的电磁干扰，一定要使电容器的谐振频率高于干扰频率。但有时也利用电容这个特性对特定频率的干扰进行有效的滤波，通过调整谐振点，使谐振点在干扰频率附近。提高谐振频率的方法使减小引线电感和电容，但有时为了要滤除频率较低的干扰信号必须使用较大的电容，或者是人为的通过延长电容管脚来增加引线电感。

这便出现了矛盾：为提高高频的滤波效果，需要使用容量较小的电容，而小电容对低频的滤波效果又很差，需要增加大电容进行补偿，如何兼顾高频和低频的滤波要求？通过实践，我们总结了一个实用的方法，即用一个大电容和一个小电容并联起来使用的解决方案。其插入损耗曲线如图4所示：

图4电容并联插入损耗曲线

在大电容谐振频率及小电容谐振频率之间，其中大电容呈现电感特性，小电容呈现电容特性，实际上是一个LC并联网络，此LC并联网络在某一频率上会产生并联谐振。