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直流電源EMI濾波器的設(shè)計(jì)原則
2022-06-20

  1設(shè)計(jì)原則——滿足最大阻抗失配   插入損耗要盡可能增大,即盡可能增大信號(hào)反射。設(shè)電源輸出阻抗和與之端接濾波器輸人阻抗分別為ZO和ZI,根據(jù)信號(hào)傳輸理論,當(dāng)ZO≠ZI時(shí),在濾波器輸入端口會(huì)發(fā)生反射,反射系數(shù)   p=( ZO- ZI)/( ZO+ ZI)   顯然,ZO與ZI相差越大,p便越大,端口產(chǎn)生反射越大,EMI信號(hào)就越難通過(guò)。所以,濾波器輸入端口應(yīng)與電源輸出端口處于失配狀態(tài),使EMI信號(hào)產(chǎn)生反射。同理,濾波器輸出端口應(yīng)與負(fù)載處于失配狀態(tài),使EMI信號(hào)產(chǎn)生反射。即濾波器設(shè)什應(yīng)遵循下列原則:源內(nèi)阻是高阻,則濾波器輸人阻抗就應(yīng)該是低阻,反之亦然。   負(fù)載是高阻,則濾波器輸出阻抗就應(yīng)該是低阻,反之亦然。   對(duì)于EMI信號(hào),電感是高阻,電容是低阻,所以,電源EMI濾波器與源或負(fù)載端接應(yīng)遵循下列原則:   如果源內(nèi)阻或負(fù)載是阻性或感性,與之端接濾波器接口就應(yīng)該是容性。   如果源內(nèi)阻或負(fù)載是容性,與之端接濾波器接口就應(yīng)該是感性。   2 EMI濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)   EMI信號(hào)包括共模干擾信號(hào)CM和差模干擾信號(hào)DM,CM和DM分布如圖1所示。它可用來(lái)指導(dǎo)如何確定EMI濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)。      EMI濾波器基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。      上述4種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是電源EMI濾波器基本結(jié)構(gòu),但是在選用時(shí),要注意以下間題:   l)雙向?yàn)V波功能——電網(wǎng)對(duì)電源、電源對(duì)電網(wǎng)都應(yīng)該有濾波功能。   2)能有效地抑制差模干擾和共模干擾——工程設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮共模干擾抑制。   3)最大程度地滿足阻抗失配原則。   幾種實(shí)際使用電源EMI濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。      3電源EMI濾波器參數(shù)確定方法   a)放電電阻取值 在允許情況下,電阻取值要求越小越好,需要考慮以下情況:   第一,電阻要求采用二級(jí)降額使用,保證可靠性。降額系數(shù)為0.75 V,0. 6 W。根據(jù)歐姆定律可求出n>(0.75Ve)2/(0.6 Pe)。   第二,經(jīng)過(guò)雷擊浪涌后有殘壓,其瞬時(shí)值一般在1000 V取值;其瞬時(shí)功率值不能超過(guò)額定功率值4倍,也可求出R>(Vcy)2/(4Pe)。 兩者綜合考慮取R值,一般情況下,電阻R取值為75-200 K之間。功率為2-3 W。金屬模電阻。   b)Cx電容取值   在允許情況下,容量要求越大越好,其值很難確切地估算出來(lái),一般情況下,要求取值在l-5uf之間(對(duì)每個(gè)電容)。電容耐壓值必須經(jīng)過(guò)雷擊浪涌后取值,有殘壓,其瞬時(shí)值一般在1000V/s時(shí)不損壞,按二級(jí)降額原則選取,取值在275 V,頻率特性與電容取值有關(guān),取值越小,頻率特性越好。   c)Cy電容取值   在允許情況下,容量要求越大越好,其值很難確切地估算出來(lái),但是不能太大,太大則漏電流較大,一般情況下,要求取值在2 200-4 700 pf之間(對(duì)每個(gè)電容)。電容耐壓值必須經(jīng)過(guò)雷擊浪涌后取值,有殘壓,其瞬時(shí)值一般在1000V/S時(shí)不損壞,按二級(jí)降額原則選取,取值275 V,頻率特性與電容取值有關(guān),取值越小,頻率特性越好。 Cx電容和Cy電容,一般都是通過(guò)較小電容并聯(lián)來(lái)滿足容量要求,這樣濾波器高頻特性好。   d) 電感取值   材料選取原則——從以下幾個(gè)方面考慮:第一,磁芯材料頻率范圍要寬,要保證最高頻率在1GHz,即在很寬頻率范圍內(nèi)有比較穩(wěn)定磁導(dǎo)率。第二,磁導(dǎo)率高,但是在實(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。 電感量估算——考慮阻抗和頻率。共模扼流圈取值 1.5-5 mH,差模扼流圈取值為 10-50uH;。   4直流電源EMI濾波器安裝耍求   濾波器對(duì)電磁干擾抑制作用不僅取決于濾波器本身設(shè)計(jì)和它實(shí)際工作條件,而且在很大程度上還取決于濾波器安裝情況。   濾波器引線與安裝位置也是很重要問(wèn)題。這是考慮到電源線除了沿電源線傳導(dǎo)時(shí)會(huì)傳輸電磁干擾外,還會(huì)在傳輸過(guò)程中將電磁干擾輻射出去,對(duì)附近敏感電路(或設(shè)備)造成輻射耦合。因此必須考慮濾波器輸人線和輸出線之間不存在耦合,否則會(huì)導(dǎo)致濾波器性能下降。為此,濾波器輸人線最好不直接引人設(shè)備內(nèi)部,而是經(jīng)過(guò)濾波之后才進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部,利用設(shè)備機(jī)殼自然屏蔽作用,把電源產(chǎn)生輻射場(chǎng)排除在設(shè)備外部。 電源輸人線不要過(guò)長(zhǎng)。濾波器安裝位置要緊靠電源人口。   濾波器輸入線和輸出線不要靠得太近。濾波器要良好接地,并且不能單根線按地,要與金屬機(jī)殼大面積接觸。   濾波器引腳或引線要盡可能短。   濾波器如果要和其它電路相連接,最好用接插件。   5總結(jié)   1)濾波器金屬外殼與機(jī)箱殼必須保證良好接觸,并將接地線接好。   2)濾波器輸人線、輸出線必須有一定距離,避免濾波器性能下降。   3)濾波器連線以選用雙絞線為佳,可以消除部分高頻干擾。   4)濾波器安裝位置應(yīng)首選在電源入口處,以縮短輸入線在機(jī)箱內(nèi)長(zhǎng)度,減小輻射干擾   5)濾波器選用主要考慮其插人損耗,生產(chǎn)廠商所給出曲線一般取自 50Ω系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果,而實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)一般不在50Ω,插人損耗會(huì)有一些偏差,實(shí)際應(yīng)用中電源濾波器是帶通濾波器,要注意高頻特性影響。   6)濾波器選用第2點(diǎn)是要注意工作電壓,工作電流和漏電流,以免影響使用。   7)濾波器低頻特性性能與體積有關(guān),如果希望低頻性能好,一般以犧牲體積為代價(jià)。

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