1. 输入电路主要包含哪些元件？滤波设计需遵循什么原则？

输入电路是电子设备（如开关电源）的“入口”，核心作用是抑制电磁干扰（EMI）、保护后级电路，其设计直接影响设备的稳定性和电磁兼容性（EMC）。
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1.1 输入电路的核心元件有哪些？

输入电路主要由5类元件构成，各类元件的功能定位明确，缺一不可：
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共模电感：L3，核心作用是抑制“相线/中线与大地之间”的共模干扰，且因两个线圈本就不完全对称，存在漏感，可兼作差模电感使用，抑制差模干扰；
差模电感：L1、L2，用于抑制“相线与相线、相线与中线之间”的差模干扰。（优化电路中可省略，后文详解）；
X电容（差模电容）：Cx1，跨接在相线与中线之间，专门抑制差模干扰，容量通常为nF级（远大于Y电容）；
Y电容（共模电容）：Cy1、Cy2，跨接在相线/中线与大地之间，抑制共模干扰，需符合安规标准（如Y2级，容量多为pF级）；
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放电电阻：电源断电后，释放X电容/Y电容中残留的电荷，避免维修时触电风险。

1.2 电磁干扰（EMI）的传输方式有哪两种？为何需要抑制？

任何电磁干扰的产生都需“能量+传输路径”，其传输方式主要分为两类，若不抑制会严重影响设备正常工作：

传输方式	定义	干扰案例	危害
传导传输	干扰能量通过导线（电源线、信号线）直接传递	电网中的杂波通过电源线传入开关电源	导致电源输出电压波动，影响后级芯片工作
辐射传输	干扰能量以电磁波形式通过空间传播	高频开关信号辐射到周围的传感器	导致传感器数据失真，甚至触发设备误动作

随着电子设备工作频率提升（如开关电源频率达100kHz~1MHz），EMI辐射/传导强度会显著增加，必须通过输入滤波电路抑制。

1.3 输入滤波电路需满足哪些核心要求？

输入滤波电路的设计需遵循4大核心原则，确保“双向抑制干扰+适配阻抗特性”：

要求1：双向滤波功能

需同时抑制“电网对设备的干扰”和“设备对电网的干扰”：

对外：防止设备内部的高频杂波（如开关管开关噪声）通过电源线“污染”电网；
对内：阻挡电网中的干扰信号（如其他设备的传导干扰）进入设备内部。

要求2：优先抑制共模干扰（可省略差模电感）

共模干扰的危害远大于差模干扰，是设计重点，且差模干扰可通过现有元件间接抑制：

干扰类型	干扰路径	辐射强度（相对值）	对系统影响	抑制方式
共模干扰	相线/中线 ↔ 大地	高（差模的3~4个量级）	严重（通过机壳/地阻抗耦合干扰其他系统）	共模电感+Y电容（核心方案）
差模干扰	相线 ↔ 相线、相线 ↔ 中线	低	轻微	1. 共模电感的漏感（线圈不对称产生，等效差模电感）； 2. X电容（容量大，对差模容抗小）

基于上述原因，优化的输入滤波电路可省略差模电感，减少元件成本和PCB面积。

要求3：满足“最大阻抗失配”原则

阻抗失配的核心是“让滤波器对干扰信号呈现最大阻碍”，需结合电网和设备的阻抗特性：

电网：等效为“低阻电压源”（对高频干扰信号）；
设备（如开关整流器）：输入端等效为“低阻电容+电流源并联”（对高频干扰信号）；
失配要求：因电网和设备均为低阻，输入滤波器需对高频干扰呈现高阻，最大化插入损耗（干扰信号被衰减的程度）。

要求4：工频低阻、高频高阻

工频（如50/60Hz市电）：滤波器需呈低阻，确保市电能无损耗地进入设备；
高频（几十kHz~几百MHz，EMI主要频段）：滤波器需呈高阻，大幅衰减干扰信号；
关键影响因素：元件参数（如共模电感的电感值、电容的容量）、元件选型（如高频特性好的电感磁芯）。

1.4 共模电感值如何计算？关键步骤是什么？

共模电感值需根据EMI截止频率、共模电容值确定，以下为开关电源场景的典型计算案例：

已知参数（需根据设备实际调整）

开关电源工作频率：100kHz（EMI发射频段：50~150kHz）；
EMI截止频率 $f_c$ ：150kHz（需覆盖超标频段，确保干扰被抑制）；
共模电容 $C_Y$ ： $CY3=CY4=2200pFC_{Y3} = C_{Y4} = 2200 \text{pF}$ （即 $2200 \times 10^{-12} \text{F}$ ，Y2级安规电容）。

核心公式

共模电感 $L$ 与共模电容 $C_Y$ 组成的滤波电路，截止频率需满足：
$\frac{1}{(2\pi f_c)^2 \times C_Y}$
（注：公式中 $C_Y$ 为单路共模电容值，若两路电容并联，需取总容量）

计算步骤

计算分母项 $(2πfc)2×CY(2\pi f_c)^2 \times C_Y$ ：
- 第一步：计算 $2πfc=2×3.14159×150×103≈9.42477×1052\pi f_c = 2 \times 3.14159 \times 150 \times 10^3 \approx 9.42477 \times 10^5$ rad/s；
- 第二步：计算 $(2πfc)2≈(9.42477×105)2≈8.8826×1011(2\pi f_c)^2 \approx (9.42477 \times 10^5)^2 \approx 8.8826 \times 10^{11}$ (rad/s)²；
- 第三步：计算 $(2πfc)2×CY≈8.8826×1011×2200×10−12≈1954.17(2\pi f_c)^2 \times C_Y \approx 8.8826 \times 10^{11} \times 2200 \times 10^{-12} \approx 1954.17$ 。
计算共模电感值：
$\approx \frac{1}{1954.17} \approx 5.12 \times 10^{-4} \text{H} \approx 0.5 \text{mH}$

结论

该场景下共模电感需选取约0.5mH，实际应用中需通过EMI测试微调（如测试仍超标，可适当增大电感值或电容值）。

2. 输入电路的工作原理是什么？常见电路有哪两类？

输入电路按供电类型可分为“AC输入”和“DC输入”两类，前者适用于市电供电（如家用设备），后者适用于直流电源供电（如电池、直流适配器）。

2.1 AC输入整流滤波电路的原理是什么？包含哪些模块？

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AC输入整流滤波电路是市电进入设备的“三道防线”：防雷→滤波→整流，整体工作流程如下：

模块1：防雷电路（保护后级免雷击损坏）

防雷电路通过“吸收高压+切断大电流”实现保护，核心元件及作用如下：

元件	类型	工作机制
MOV1~MOV3	压敏电阻	常态下呈高阻；当雷击产生高压（如几千V）时，阻值骤降，吸收高压能量；电压恢复后回归高阻
F1~F3	保险丝	若压敏电阻无法完全吸收能量，电流超过阈值时，保险丝烧毁，切断电路隔离后级
FDG	放电管	辅助释放雷击产生的高频高压脉冲，补充压敏电阻的保护能力

模块2：EMI滤波电路（抑制电磁干扰）

由C1、L1、C2、C3组成双 $π$ 型滤波网络，核心作用是“双向抗干扰”：

对外：阻止设备内部的高频杂波（如开关管开关噪声）通过电源线干扰电网；
对内：阻挡电网中的干扰（如其他设备的传导干扰）进入设备内部。

特别注意：电路中串联的RT1（负温度系数热敏电阻），专门抑制开机浪涌电流：

开机瞬间：RT1温度低、阻值大（如几欧~几十欧），限制电容C5的充电电流（避免大电流烧毁整流桥）；
正常工作：RT1因电流发热，阻值降至几毫欧，几乎不消耗能量（避免持续耗能导致发热）。

模块3：整流+滤波电路（AC转纯净DC）

整流：由整流桥BRG1（4个二极管组成）实现——将市电的负半周“翻折”为正半周，输出“脉动直流电”（波形为连续的正半周正弦波）；
滤波：由电容C5（大容量电解电容，如470μF/400V）实现——并联在整流桥输出端，充电时储存能量，放电时补充电流，将脉动DC平滑为“近似恒定的DC”（如220V市电整流后，滤波前电压约310V，滤波后约300V）。
关键特性：若C5容量衰减（如老化），滤波效果下降，输出DC的交流纹波会增大，导致后级电路输出不稳定（如电机抖动、芯片死机）。

2.2 DC输入滤波电路的原理是什么？核心保护机制有哪些？

DC输入电路适用于直流供电场景（如汽车电子、便携设备），核心模块为“EMI滤波+故障保护”，电路结构如图所示。
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模块1：EMI滤波网络（抑制直流杂波）

由C1、L1、C2组成双 $π$ 型滤波网络，配合C3/C4（安规电容）、L2/L3（差模电感），作用如下：

抑制输入DC中的杂波信号（如电池供电时的纹波），避免干扰设备内部芯片；
阻止设备内部的高频信号（如MCU的时钟信号）反向干扰直流电源（如影响电池寿命）。

模块2：故障保护机制（防短路、防漏电）

电路中R1-R5、Z1-Z2、Q1-Q2、RT1组成抗浪涌电路，实现“启动限流+故障切断”双重保护，分两种场景工作：

工作场景	保护过程
正常启动	1. 开机瞬间：C6未充电，Q2无栅极电压，处于截止状态； 2. 电流经RT1（限流）流过负载，C6开始充电； 3. C6电压升至Z1稳压值（如12V）：Q2导通，RT1被短路（避免持续耗能）。
故障（C8漏电/后级短路）	1. 启机瞬间：故障导致电流骤增，RT1两端压降显著增大； 2. 压降触发Q1导通，Q2栅极电压被拉低至截止； 3. RT1持续承受大电流，短时间内烧毁，切断电路保护后级元件（如芯片、MOS管）。