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EMI濾波�
閱讀�20644時間�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)�,通過電源�,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電源線傳到電�(wǎng)�,干擾其他設(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)備正常工作時的頻率信號�(jìn)入設(shè)備(一般來�,就是工�50/60Hz或者中�400Hz),而對高頻的干擾信號有較大的阻礙作��

�(shè)計原�

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

  電磁干擾濾波器(EMI Filter)是近年來被推廣�(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)的可靠性,可廣泛用于電子測量儀�、計算機(jī)�(jī)房設(shè)�、開�(guān)電源、測控系�(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�,電子設(shè)備既是噪聲干擾的對象,又是一個噪聲源。若從形成特�(diǎn)�,噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩�。串模干擾是兩條電源線之間(簡稱線對線)的噪�。共模干擾則是兩條電源線對大地(簡稱線對地)的噪�。因此,電磁干擾濾波器應(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��

  該五端器件有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端,使用時外殼�(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對串模干擾不起作�,但�(dāng)出現(xiàn)共模干擾時,由于兩個線圈的磁通方向相�,經(jīng)過耦合后總電感量迅速增�,因此對共模信號呈現(xiàn)很大的感抗,使之不易通過,故稱作共模扼流�。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高�(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)�,當(dāng)有電流通過�,兩個線圈上的磁場就會互相加�(qiáng)。L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關(guān),參見表1。需要指�,當(dāng)額定電流較大時,共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大,以便能承受較大的電流。此�,適�(dāng)增加電感�� 可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容�,容量范圍大致是0.01μF�0.47μF,主要用來濾除串模干擾。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�。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0.1μF,并且電容器中點(diǎn)�(yīng)與大地接通。C1~C4的耐壓值均�630VDC�250VAC�

  �2示出一種兩級復(fù)合式EMI濾波器的�(nèi)部電�,由于采用兩級(亦稱兩節(jié))濾波,因此濾除噪聲的效果更�。針對某些用戶現(xiàn)場存在重�(fù)頻率為幾千赫茲的快速瞬�(tài)群脈沖干擾的問題,國�(nèi)外還開發(fā)出群脈沖濾波器(亦稱群脈沖對抗器�,能對上述干擾起到抑制作用�

  2 EMI濾波器在開關(guān)電源中的�(yīng)�

  為減小體�、降低成�,單片開�(guān)電源一般采用簡易式單級EMI濾波�,典型電路圖3所�。圖(a)與圖(b)中的電容器C能濾除串模干擾,區(qū)別僅是圖(a)將C接在輸入�,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�;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開關(guān)電源的電磁干�。圖4中曲線a為加EMI濾波器時開關(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。顯然,這種EMI濾波器的效果更佳�

  針對某些用戶�(xiàn)場存在重�(fù)頻率為幾千赫茲的快速瞬�(tài)群脈沖干擾的問題,國�(nèi)外還開發(fā)出群脈沖濾波器(亦稱群脈沖對抗器�,能對上述干擾起到抑制作��

  2 EMI濾波器在開關(guān)電源中的�(yīng)�

  為減小體積、降低成�,單片開�(guān)電源一般采用簡易式單級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�,圖(b)則接到輸出端。圖(c�、(d)所示電路較�(fù)雜,抑制干擾的效果更�。圖(c)中的L、C1和C2用來濾除共模干擾,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�,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不帶電,保證使用的安全�。圖(d)則是把共模干擾濾波電容C3和C4接在輸出端�

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開關(guān)電源的電磁干擾。圖4中曲線a為加EMI濾波器時開關(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、額定電流、漏電流、測試電壓、絕緣電�、直流電�、使用溫度范圍、工作溫升Tr、插入損耗AdB、外形尺寸、重量等。上述參�(shù)中最重要的是插入損耗(亦稱插入衰減),它是評價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�� 說明抑制噪聲干擾的能力愈�(qiáng)。鑒于理論計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�,根�(jù)噪聲頻譜逐點(diǎn)測出所對應(yīng)的插入損耗,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�,該�(chǎn)品可�1MHz�30MHz的噪聲電壓衰�65dB�

典型的插入損耗曲線

  計算EMI濾波器對地漏電流的公式為�

  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,亦即輸出端的對地電�,可取Vc�220V/2=110V。由�3)式不難算出,此時漏電流ILD=0.15mA。C3和C4若選4700pF,則C=4700pF×2=9400pF,ILD=0.32mA。顯然,漏電流與C成正�。對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)備中對漏電流的要求更為嚴(yán)��

  需要指出,額定電流還與�(huán)境溫度TA有關(guān)。例如國外有的生�(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℃時的額定電�。舉例說�,當(dāng)TA=50℃時,I=0.88I1;而當(dāng)TA=25℃時,I=1.15I1。這表�,額定電流值隨溫度的降低而增大,這是由于散熱條件改善的緣��

  3.2 測量插入損耗的方法

測量插入損耗的電路

  測量插入損耗的電路如圖6所�。e是噪聲信號發(fā)生器,Zi是信號源的內(nèi)部阻�,ZL是負(fù)哉阻抗,一般取50Ω。噪聲頻率范圍可�10kHz�30MHz。首先要在不同頻率下分別測出插入前后�(fù)載上的噪聲壓降V1、V2,再代入�2)式中計算出每個頻率點(diǎn)的AdB�,繪出插入損耗曲�。需要指�,上述測試方法比較煩瑣,每次都要拆裝EMI濾波�。為此可用電子開�(guān)對兩種測試電路�(jìn)行快速切��

性能指標(biāo)

  EMI濾波器最重要的技�(shù)指標(biāo)是對干擾的抑制能�,常常用所謂的插入損耗(Insertion Loss)來表示,它的定義是:沒有接入濾波器時從干擾源傳�?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, 插損指標(biāo)須謹(jǐn)慎提�。不論是軍用還是民用EMC�(biāo)�(zhǔn), 對設(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)估或測試獲得的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�, 對不同的單臺�(shè)備都�(jìn)行EMC 測試, 而后分析其傳�(dǎo)干擾特�, �(shè)計合乎要求的濾波�, 這在�(shí)際工程中顯然是不可能�。事�(shí)�, 國家�(biāo)�(zhǔn)中規(guī)定了電源濾波器插入損耗的測試方法。在�(biāo)�(zhǔn)測試條件�,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)計人員只需要根�(jù)�(shí)際情況選擇合適的濾波��

元件選擇

  與一般的濾波器不同,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�,接于相線或中線與地之間,稱為共模電�,下�(biāo)X和Y不僅表明了它在濾波電路中的作用,還表明了它在濾波電路中的安全等級。在�(shè)計或選用濾波器時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)用于這樣的場合:�(dāng)電容失效�,不會導(dǎo)致電擊穿�(xiàn)�,不會危及人生安��

  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�。根�(jù)差模電容�(yīng)用的最壞情況和電源斷開的條件,電容器的安全等級又分為兩個等級具體規(guī)定見�1。所以設(shè)計濾波器時應(yīng)根據(jù)不同的應(yīng)用場合來選擇不同安全等級的電容器�

  �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�,在上述的峰值電壓出�(xiàn)時,它有可能被擊�,它的擊穿雖然不危及人生安全,但會使得濾波器的功能下降或喪失。通常EMI濾波器的差模電容必須�(jīng)�1500�1700V直流電壓1分鐘耐壓測試�   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過共模電容的電流,由于流過電容的電流由電源電壓,電源頻率和電容值共同決��

  由于漏電流的大小對于人生安全至關(guān)重要,不同國家對不同電子�(shè)備接地漏電流都做了嚴(yán)格的�(guī)�。若對漏電流做出了規(guī)�,則需求出允許接地電容值�

  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對保�(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交流耐壓測試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個方面考慮�,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�,磁�(dǎo)率高,但是在�(shí)際中很難滿足這一要求,所�,磁�(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�

維庫電子�,電子知識,一查百��

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