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EMI濾波�
閱讀�20647�(shí)間:2010-09-01 10:11:40

  EMI濾波器加入到�(shè)�電源�(jìn)線處,避免電源線干擾傳入�(shè)備和傳出�(shè)備,通過(guò)電源�,電�(wǎng)的干擾可以傳入設(shè)�,干擾設(shè)備的正常工作,同樣設(shè)備產(chǎn)生的干擾也可能通過(guò)電源線傳到電�(wǎng)上,干擾其他�(shè)備的正常工作�

  �(biāo)�(zhǔn)的EMI濾波器通常�串聯(lián)電抗�和并�(lián)電容器組成的低通濾波電�,其作用是允許設(shè)備正常工作時(shí)的頻率信�(hào)�(jìn)入設(shè)備(一般來(lái)�(shuō),就是工�50/60Hz或者中�400Hz�,而對(duì)高頻的干擾信�(hào)有較大的阻礙作用�

�(shè)�(jì)原理

  隨著電子�(shè)�(jì)� �(jì)算機(jī)與家用電器的大量涌現(xiàn)和廣泛普及,電網(wǎng)噪聲干擾日益�(yán)重并形成一種公害。特別是瞬態(tài)噪聲干擾,其上升速度快、持�(xù)�(shí)間短、電壓振幅度高(幾百伏至幾千伏)、隨�(jī)性強(qiáng),對(duì)微機(jī)和數(shù)字電路易�(chǎn)生嚴(yán)重干擾,常使人防不勝�,這已引起�(guó)�(nèi)外電子界的高度重視�

  電磁干擾濾波器(EMI Filter)是近年�(lái)被推廣應(yīng)用的一種新型組合器�。它能有效地抑制電網(wǎng)噪聲,提高電子設(shè)備的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠�,可廣泛用于電子�(cè)�?jī)x器、計(jì)算機(jī)�(jī)房設(shè)�、開(kāi)�(guān)電源、測(cè)控系�(tǒng)等領(lǐng)��

電磁干擾濾波器的基本電路

  1 電磁干擾濾波器的�(gòu)造原理及�(yīng)�

  1.1 �(gòu)造原�

兩級(jí)復(fù)合式EMC濾波器電路

  電源噪聲是電磁干擾的一�,其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10kHz�30MHz,可�(dá)150MHz。根�(jù)傳播方向的不�,電源噪聲可分為兩大類:一類是從電源�(jìn)線引入的外界干擾,另一類是由電子設(shè)備產(chǎn)生并�(jīng)電源線傳�(dǎo)出去的噪聲。這表明噪聲屬于雙向干擾信�(hào),電子設(shè)備既是噪聲干擾的�(duì)�,又是一�(gè)噪聲源。若從形成特�(diǎn)�,噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。串模干擾是兩條電源線之間(�(jiǎn)稱線�(duì)線)的噪�。共模干擾則是兩條電源線�(duì)大地(簡(jiǎn)稱線�(duì)地)的噪聲。因�,電磁干擾濾波器�(yīng)符合電磁兼容性(EMC)的要求,也必須是雙向射頻濾波器,一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干�,另一方面還能避免本身�(shè)備向外部�(fā)出噪聲干�,以免影響同一電磁�(huán)境下其他電子�(shè)備的正常工作。此�,電磁干擾濾波器就對(duì)串模、共模干擾都起到抑制作用.

  1.2 基本電路及其典型�(yīng)�

  電磁干擾濾波器的基本電路如圖1所示�

  該五端器件有兩�(gè)輸入�、兩�(gè)輸出端和一�(gè)接地�,使用時(shí)外殼�(yīng)接通大�。電路中包括共模扼流圈(亦稱共模電感)L、濾波電容C1~C4。L�(duì)串模干擾不起作用,但�(dāng)出現(xiàn)共模干擾�(shí),由于兩�(gè)線圈的磁通方向相同,�(jīng)�(guò)耦合后總電感量迅速增�,因此對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感�,使之不易通過(guò),故稱作共模扼流�。它的兩�(gè)線圈分別繞在低損�、高�(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)�,當(dāng)有電流通過(guò)�(shí),兩�(gè)線圈上的磁場(chǎng)就會(huì)互相加強(qiáng)。L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關(guān),參�(jiàn)�1。需要指�,當(dāng)額定電流較大�(shí),共模扼流圈的線徑也要相�(yīng)增大,以便能承受較大的電�。此�,適�(dāng)增加電感�� 可改善低頻衰減特�。C1和C2采用薄膜電容器,容量范圍大致�0.01μF�0.47μF,主要用來(lái)濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端,并將電容器的中�(diǎn)接地,能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端,仍選用陶瓷電容,容量范圍是2200pF�0.1μF。為減小漏電�,電容量不得超過(guò)0.1μF,并且電容器中點(diǎn)�(yīng)與大地接�。C1~C4的耐壓值均�630VDC�250VAC�

  �2示出一種兩�(jí)�(fù)合式EMI濾波器的�(nèi)部電�,由于采用兩�(jí)(亦稱兩節(jié))濾�,因此濾除噪聲的效果更佳。針�(duì)某些用戶�(xiàn)�(chǎng)存在重復(fù)頻率為幾千赫茲的快速瞬�(tài)群脈沖干擾的�(wèn)�,國(guó)�(nèi)外還�(kāi)�(fā)出群脈沖濾波器(亦稱群脈沖對(duì)抗器),能對(duì)上述干擾起到抑制作用�

  2 EMI濾波器在�(kāi)�(guān)電源中的�(yīng)�

  為減小體�、降低成�,單片開(kāi)�(guān)電源一般采用簡(jiǎn)易式單級(jí)EMI濾波器,典型電路�3所�。圖(a)與圖(b)中的電容器C能濾除串模干�,區(qū)別僅是圖(a)將C接在輸入端,圖(b)則接到輸出�。圖(c�、(d)所示電路較�(fù)�,抑制干擾的效果更佳。圖(c)中的L、C1和C2用來(lái)濾除共模干擾,C3和C4濾除串模干擾。R為泄放電阻,可將C3上積累的電荷泄放�,避免因電荷積累而影響濾波特性;斷電后還能使電源的�(jìn)線端L、N不帶�,保證使用的安全�。圖(d)則是把共模干擾濾波電容C3和C4接在輸出��

  EMI濾波器能有效抑制單片�(kāi)�(guān)電源的電磁干�。圖4中曲線a為加EMI濾波器時(shí)�(kāi)�(guān)電源�0.15MHz�30MHz傳導(dǎo)噪聲的波形(即電磁干擾峰值包�(luò)線)。曲線b是插入如�3(d)所示EMI濾波器后的波�,能將電磁干擾衰�50dBμV�70dBμV。顯�,這種EMI濾波器的效果更佳�

  針對(duì)某些用戶�(xiàn)�(chǎng)存在重復(fù)頻率為幾千赫茲的快速瞬�(tài)群脈沖干擾的�(wèn)題,�(guó)�(nèi)外還�(kāi)�(fā)出群脈沖濾波器(亦稱群脈沖對(duì)抗器�,能�(duì)上述干擾起到抑制作用�

  2 EMI濾波器在�(kāi)�(guān)電源中的�(yīng)�

  為減小體�、降低成�,單片開(kāi)�(guān)電源一般采用簡(jiǎn)易式單級(jí)EMI濾波�,典型電路圖3所示。圖(a)與圖(b)中的電容器C能濾除串模干�,區(qū)別僅是圖(a)將C接在輸入端,圖(b)則接到輸出�。圖(c)、(d)所示電路較�(fù)�,抑制干擾的效果更佳。圖(c)中的L、C1和C2用來(lái)濾除共模干擾,C3和C4濾除串模干擾。R為泄放電�,可將C3上積累的電荷泄放掉,避免因電荷積累而影響濾波特�;斷電后還能使電源的�(jìn)線端L、N不帶�,保證使用的安全性。圖(d)則是把共模干擾濾波電容C3和C4接在輸出��

加EMC濾波器前、后干擾波形的比較

  EMI濾波器能有效抑制單片�(kāi)�(guān)電源的電磁干�。圖4中曲線a為加EMI濾波器時(shí)�(kāi)�(guān)電源�0.15MHz�30MHz傳導(dǎo)噪聲的波形(即電磁干擾峰值包�(luò)線)。曲線b是插入如�3(d)所示EMI濾波器后的波形,能將電磁干擾衰減50dBμV�70dBμV。顯�,這種EMI濾波器的效果更佳�

  3 EMI濾波器的技�(shù)參數(shù)及測(cè)試方�

  3.1 主要技�(shù)參數(shù)

  EMI濾波器的主要技�(shù)參數(shù)有:額定電壓、額定電�、漏電流、測(cè)試電�、絕緣電阻、直流電�、使用溫度范�、工作溫升Tr、插入損耗AdB、外形尺�、重量等。上述參�(shù)中最重要的是插入損耗(亦稱插入衰減�,它是評(píng)�(jià)電磁干擾濾波器性能�(yōu)劣的主要指標(biāo)�

  插入損耗(AdB)是頻率的函�(shù),用dB表示。設(shè)電磁干擾濾波器插入前后傳�?shù)�?fù)載上的噪聲功率分別為P1、P2,有公式:

  AdB=10lg(P1/P2)    (1)

  假定�(fù)載阻抗在插入前后始終保持不變,則P1=V12/Z,P2=V2 2/Z。式中V1是噪聲源直接加到�(fù)載上的電�,V2是在噪聲源與�(fù)載之間插入電磁干擾濾波器后負(fù)載上的噪聲電�,且V2<<V1.代入�1)式中得到:

  AdB=20lg(V1/V2)    (2)

  插入損耗用分貝(dB)表�,分貝值愈�� �(shuō)明抑制噪聲干擾的能力愈強(qiáng)。鑒于理論計(jì)算比較煩瑣且誤差較大,通常是由生產(chǎn)廠家�(jìn)行實(shí)際測(cè)量,根據(jù)噪聲頻譜逐點(diǎn)�(cè)出所�(duì)�(yīng)的插入損�,然后繪出典型的插入損耗曲�,提供給用戶。圖5給出一條典型曲�。由力疔�(jiàn),該�(chǎn)品可�1MHz�30MHz的噪聲電壓衰�65dB�

典型的插入損耗曲線

  �(jì)算EMI濾波器對(duì)地漏電流的公式為�

  ILD=2πfCVc    �3�

  式中,ILD為漏電流,f是電�(wǎng)頻率。以�1為例,f=50Hz,C=C3+C4=4400pF,Vc是C3、C4上的壓降,亦即輸出端的對(duì)地電�,可取Vc�220V/2=110V。由�3)式不難算出,此�(shí)漏電流ILD=0.15mA。C3和C4若選4700pF,則C=4700pF×2=9400pF,ILD=0.32mA。顯�,漏電流與C成正�。對(duì)漏電流的要求是愈小愈�,這樣安全性高,一般應(yīng)為幾百微安至幾毫�。在電子�(yī)療設(shè)備中�(duì)漏電流的要求更為�(yán)格�

  需要指�,額定電流還與環(huán)境溫度TA有關(guān)。例如國(guó)外有的生�(chǎn)廠家給出下述�(jīng)�(yàn)公式�

  I=I1×[(85-TA)/45的根�(jù)2次方]

  式中,I1�40℃時(shí)的額定電流。舉例說(shuō)�,當(dāng)TA=50℃時(shí),I=0.88I1;而當(dāng)TA=25℃時(shí),I=1.15I1。這表明,額定電流值隨溫度的降低而增�,這是由于散熱條件改善的緣故�

  3.2 �(cè)量插入損耗的方法

測(cè)量插入損耗的電路

  �(cè)量插入損耗的電路如圖6所�。e是噪聲信�(hào)�(fā)生器,Zi是信�(hào)源的�(nèi)部阻�,ZL是負(fù)哉阻�,一般取50Ω。噪聲頻率范圍可�10kHz�30MHz。首先要在不同頻率下分別�(cè)出插入前后負(fù)載上的噪聲壓降V1、V2,再代入�2)式中計(jì)算出每�(gè)頻率�(diǎn)的AdB值,繪出插入損耗曲�。需要指出,上述�(cè)試方法比較煩�,每次都要拆裝EMI濾波器。為此可用電子開(kāi)�(guān)�(duì)兩種�(cè)試電路�(jìn)行快速切��

性能指標(biāo)

  EMI濾波器最重要的技�(shù)指標(biāo)是對(duì)干擾的抑制能力,常常用所謂的插入損耗(Insertion Loss)來(lái)表示,它的定義是:沒(méi)有接入濾波器�(shí)從干擾源傳輸?shù)�?fù)載的功率P1和接入濾波器后從干擾源傳�?shù)�?fù)載的功率P2之比,用分貝(dB)表��

  EMI濾波器的插入損耗與濾波�(wǎng)�(luò)的網(wǎng)�(luò)參量以及源端和負(fù)載端的阻抗有�(guān)。為避免濾除有用信號(hào), 插損指標(biāo)須謹(jǐn)慎提�。不論是軍用還是民用EMC�(biāo)�(zhǔn), �(duì)�(shè)備或分系�(tǒng)的電源線傳導(dǎo)干擾電平都有明確的規(guī)�, �(yù)估或�(cè)試獲得的EMI傳導(dǎo)干擾電平和標(biāo)�(zhǔn)傳導(dǎo)干擾電平之間的差值即所需的EMI濾波器的最小插�。然�, �(duì)不同的單�(tái)�(shè)備都�(jìn)行EMC �(cè)�, 而后分析其傳�(dǎo)干擾特�, �(shè)�(jì)合乎要求的濾波器, 這在�(shí)際工程中顯然是不可能�。事�(shí)�, �(guó)家標(biāo)�(zhǔn)中規(guī)定了電源濾波器插入損耗的�(cè)試方法。在�(biāo)�(zhǔn)�(cè)試條件下,一般軍用電源濾波器�(yīng)滿足10kHz� 30MHz 范圍�(nèi)插入損�30� 60dB。工程設(shè)�(jì)人員只需要根�(jù)�(shí)際情況選擇合適的濾波器�

元件選擇

  與一般的濾波器不�,EMI濾波器典型結(jié)�(gòu)中電容使用了兩種下標(biāo),接于相線和中線之間,稱為差模電容,接于相線或中線與地之�,稱為共模電容,下標(biāo)X和Y不僅表明了它在濾波電路中的作�,還表明了它在濾波電路中的安全等�(jí)。在�(shè)�(jì)或選用濾波器�(shí)都必須充分考慮這兩類電容的安全性能,因?yàn)樗苯雨P(guān)系到濾波�(wǎng)�(luò)的安全性能�

  1-1、差模電容器的選�

  指的是應(yīng)用于這樣的場(chǎng)合:�(dāng)電容失效�,不�(huì)�(dǎo)致電擊穿�(xiàn)�,不�(huì)危及人生安全�

  除了要承受電源相線與中線的電壓之�,還要承受相線與中線之間各種干擾源的峰值電壓。根�(jù)差模電容�(yīng)用的最壞情況和電源斷開(kāi)的條�,電容器的安全等�(jí)又分為兩�(gè)等級(jí)具體�(guī)定見(jiàn)�1。所以設(shè)�(jì)濾波器時(shí)�(yīng)根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)選擇不同安全等級(jí)的電容器�

  �1 差模電容的分�

差模電容的分類

  若差模電容器的安全性能(即耐壓性能)欠佳,在上述的峰值電壓出�(xiàn)�(shí),它有可能被擊穿,它的擊穿雖然不危及人生安全,但�(huì)使得濾波器的功能下降或喪�。通常EMI濾波器的差模電容必須�(jīng)�(guò)1500�1700V直流電壓1分鐘耐壓�(cè)��   1-2、共模電容及其漏電流控制

  用于電子�(shè)備電源的EMI濾波器共模濾波性能常常受到共模電容的制��

  電容即跨接在相線或中線與安全地之間的電容。接地的電流主要就是指流�(guò)共模電容的電�,由于流�(guò)電容的電流由電源電壓,電源頻率和電容值共同決��

  由于漏電流的大小�(duì)于人生安全至�(guān)重要,不同國(guó)家對(duì)不同電子�(shè)備接地漏電流都做了嚴(yán)格的�(guī)�。若�(duì)漏電流做出了�(guī)定,則需求出允許接地電容��

  另外,要求電容在電氣和機(jī)械安全方面有足夠的余�,避免在極端惡劣的條件下出現(xiàn)擊穿短路的現(xiàn)�。因?yàn)檫@種電容要跟安全地相�,而設(shè)備的�(jī)殼也要跟安全地相連,所以這種電容的耐壓性能�(duì)保護(hù)人生安全有至�(guān)重要的作�,一旦設(shè)備或裝置的絕緣失�,可能危及到人的生命安全。因此電容要�(jìn)�1500�1700V交流耐壓�(cè)�1分鐘�

  2、濾波電感的選擇

  電感的取�、材料的選取原則從以下幾�(gè)方面考慮�,磁芯材料的頻率范圍要寬,要保證頻率�1GHz,即在很寬的頻率范圍�(nèi)有比較穩(wěn)定的磁導(dǎo)�;第二,磁導(dǎo)率高,但是在�(shí)際中很難滿足這一要求,所以,磁導(dǎo)率往往是分段考慮�。磁芯材料一般是鐵氧體或者鐵粉芯,更好的材料如微晶等�

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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