濾波器總體概述

PAGEPAGE10濾波器=1\*CHINESENUM3一、電子干擾有兩種傳媒途徑：一種是由于工作電流的動態(tài)變化使得局部電網(wǎng)上電壓不穩(wěn)，從而影響使用本地電網(wǎng)的設(shè)備工作，這種干擾稱為傳導(dǎo)干擾。 另一種是設(shè)備中工作電流（電壓）的動態(tài)產(chǎn)生變化電磁輻射，同樣影響其他設(shè)備的工作，這種干擾稱為輻射干擾。=2\*CHINESENUM3二、電磁噪聲（干擾）的來源有三個途徑，除電力電子設(shè)備本身電流（或電壓）變化引起的干擾外，還有一些自然現(xiàn)象（如雷電）和其他認為行（如氦爆炸等）。=3\*CHINESENUM3三、電磁干擾的影響很大，輕則使設(shè)備的性能得不到很好的體現(xiàn)，重則使設(shè)備根本無法工作。此外，電磁輻射還可能導(dǎo)致機密情報泄露。=4\*CHINESENUM3四、抑制電磁干擾的有效途徑是采用電源濾波器和加屏蔽裝置。屏蔽裝置主要是針對輻射干擾，既防止本身電磁波外泄而造成新的干擾源，又避免受到外來輻射的干擾。電源濾波器最基本的作用就是抑制傳導(dǎo)干擾，有的電源濾波器也能提高對輻射干擾的抑制能力。電源濾波器正是抑制這些“破壞性”干擾的關(guān)鍵器件。電源濾波器對干擾信號具有雙向抑制作用，不僅對各種來自外部的干擾進行有效衰減，而且衰減設(shè)備自身向外的干擾，從而大大提高了電力電子設(shè)備的可靠性和自身品質(zhì)。⊙常用和常見電力電子設(shè)備用濾波器一覽表型號主要性能和特點主要參數(shù)FN系列FP系列分插頭式、印制版安裝式及設(shè)備安裝式，內(nèi)裝有一個或兩個熔斷器，帶有地線扼流圈，有的還帶有浪涌保護電路。單相最高：250V三相最高：420VMAX298階開關(guān)電容低通濾波器，使用中基本上不用接元件，設(shè)計簡單、尺寸小，可廣泛用于數(shù)模轉(zhuǎn)換的反混疊濾波、噪聲分析、電源噪聲抑制等領(lǐng)域。工作電壓：±2.35～±5.5V或±2.35～±11V工作溫度：﹣40～+85℃MF10MOS開關(guān)電容有源濾波器，內(nèi)部采用了數(shù)據(jù)采樣新技術(shù)，可將運算放大器放在半導(dǎo)體單片襯底上，不許要任何外部電容。內(nèi)部還包含兩個雙二次型二階通用濾波器和兩個獨立的運算放大器，具有體積小、功耗低、精度高、穩(wěn)定性能好等優(yōu)點。電源電壓：+8～+14V頻率范圍：1～30KHz中心頻率f與品質(zhì)因數(shù)Q的乘積：﹤200KHzIA、JA、BA、BBL、DEL、EBA系列集IEC標準電源插座和濾波器與一體，為單相通用濾波器，隨引出形式的不同，可分為四種系列，可廣泛用于計算機、USB、程控交換機、醫(yī)療設(shè)備、儀器儀表等行業(yè)。額定工作頻率：50～400額定工作電流：1～6A、10～100A（隨系列而不同）BD、PD、DDL、DF、EF系列單相高性能系列濾波器，內(nèi)部采用雙節(jié)共模扼流圈或共模扼流圈并用，引出形式有焊片式、導(dǎo)線式及螺栓式。特別適合于FCCB級VDE0871規(guī)范的軍民品設(shè)備、開關(guān)電源、逆變電源、程控交換機、計算機、UPS、變頻調(diào)速裝置、軍事裝備等領(lǐng)域使用。額定工作電壓：AC115～250V額定工作頻率：50～400額定工作電流：1～10A（隨系列而不同）型號主要性能和特點主要參數(shù)GLL、DNLEML、FJLEKL、HLL系列三相交流濾波器，全部采用新材料，隨采用三相三線制還是三相四線制及內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的不同可分為六個系列。可廣泛用于三相機電設(shè)備、電機驅(qū)動、逆變電源、變頻調(diào)速等領(lǐng)域。最高：三相440V單相250V額定工作電流：3～100（隨系列不同）相對地及相對中線耐壓：交流1500V/1min防雷電源濾波器由防雷電路、電源濾波器和由瞬態(tài)電壓抑制器組成的鉗位電路三部分構(gòu)成?？捎糜谝巴夤ぷ鞯耐ㄐ跑囕v、電子設(shè)備及郵電系統(tǒng)等領(lǐng)域。工作電壓范圍：AC115～250額定工作電流：10A20A30A工作頻率：50～400Hz耐沖擊電流強度：5KADQL、EQLFQL、ESLSSL、PU系列直流高性能濾波器，均適應(yīng)負載端接地或不接地的各類直流電源，廣泛用于程控交換機、開關(guān)逆變電源、通用直流電源、儀器儀表及軍事裝備等領(lǐng)域。額定工作電流：5～10、20～50、100A（隨系列而不同）線、地間耐壓：AC1500VS3528S3529可編程開關(guān)電容低通和高通濾波器，通過有效設(shè)置6個數(shù)據(jù)輸入端的狀態(tài)，可獲得不同截止頻率的高通和低通濾波器，通過合理的連接還可以組成帶通和帶阻濾波器。工作電源電壓：±5V通帶內(nèi)紋波：﹤0.1dB阻帶衰減系數(shù)：﹥51dBCSC5609開關(guān)電容式有源低通濾波器電路，內(nèi)部包含時鐘電路和七階橢圓函數(shù)低通濾波器。該電路能夠用于電路、數(shù)字通信、信號處理等領(lǐng)域，作為通用限帶濾波電路，具有良好的特性。電源電壓：±11V時鐘頻率：3MHz輸入電容：15PfTLC04通頻帶內(nèi)具有最大平坦度、截止邊帶單調(diào)下降的巴特沃斯四階開關(guān)電容濾波器。該濾波器的截止頻率可隨時鐘編程，其穩(wěn)定性依賴于時鐘的穩(wěn)定性，時鐘截止頻率比為50：1，該濾波器可外接TTL或CMOS時鐘，也可自產(chǎn)生時鐘。電源電壓：±2.25～±6V時鐘頻率：5Hz～2MHz五、=1\*GB3①電源濾波器的組成。 電源濾波器由LC網(wǎng)絡(luò)組成，其工作原理是使濾波器的阻抗與干擾源的阻抗不匹配，從而使干擾信號沿干擾源近來的方向反射回去，降低干擾源的影響。（左面電源為進線右面接設(shè)備） 上圖是一個電源濾波器的原理電路，圖中L1和和L2對共模干擾信號（非對稱干擾電流）呈現(xiàn)高阻抗，而對差模信號（對稱干擾電流）和電源電流呈現(xiàn)低阻抗，這樣就能保證電源電流的衰減很小，而同時有抑制了電流的噪音。通常L1、L2的值很小切相等，對稱的繞在同一個螺旋管上，這樣在正常工作電流范圍內(nèi)，磁性材料產(chǎn)生的磁場互相補償，以免磁通飽和。但是對于不對稱干擾（共模）信號來說，這兩個線圈產(chǎn)生的磁場是相互加強的，對外呈現(xiàn)的總電感明顯增加大，對稱干擾分量就被L1、L2和相線于零線之間的電容大大抑制了。如果進一步衰減對稱干擾，除了使用電容Cx外（由于相線于零線之間的漏電流限制，不可能使Cx很大），還可以采用非補償扼流圈。過上面的分析，說明電源濾波器在使用時必須安裝在電源的輸入端，也就是把電源濾波器串入電網(wǎng)和對設(shè)備供電的電源線之間。=2\*GB3②工作電流。 又稱額定工作電流，允許的工作電流和工作溫度有一定的關(guān)系，一般只給出某個較高溫度（40℃或45℃）下的值，在其他環(huán)境下濾波器的最大工作電流可按下式計算：式中In65℃時的工作電流。式中Ip40℃的額定電流。=3\*GB3③漏電流。 在電源濾波器中，由于在相線和零線之間有電容器存在，當電源接通時，電流就會通過電容器流入地端，這就導(dǎo)致了漏電流的存在。漏電流測試方法如圖所示，該參數(shù)對三相和單相濾波器有所不同。 單相濾波器中，此數(shù)據(jù)為230V/50Hz時每相對地的最大漏電流值。 三相濾波器中，此數(shù)據(jù)為線電壓400V/50Hz時，負載嚴重不平衡，且只有一相接負載的最壞情況下，相對地的漏電流。通常情況下，在三相負載平衡時，該漏電流接近于零。六、元件植誤差。 負差 正查 測試頻率 電感 30% 50% 1KHz 電容 20% 20% 1KHz 電阻 10% 10% 直流七、高壓測試。 國際電工委員會IEC標準，濾波器的高壓測試分為兩種：標準測試和產(chǎn)品測試。標準測試時所有線—線之間電壓不小于DC2125V，測試時間不小于60s。在此測試中，濾波器的放電電阻應(yīng)拿掉，線—地之間電壓不小于AC2000V或DC2800V，時間不小于60s。所有產(chǎn)品出廠前應(yīng)100%的進行不小于2s的高壓測試。八、起動及過載電流。 指濾波器在允許電流條件下的起動或過載工作電流，一般濾波器可在4～8倍額定電流下工作10s。九、干擾信號的傳播。EMI以兩種方式傳播： =1\*GB3①輻射方式：能量通過磁場或電場耦合，或以干擾源與受擾設(shè)備間的電磁波形式傳播。 =2\*GB3②傳導(dǎo)方式：電磁干擾（EMI）的能量沿電源和數(shù)據(jù)電纜傳播。 輻射干擾和傳導(dǎo)干擾不是毫無相關(guān)的。當一根傳輸電纜類似天線具有一定的發(fā)射功率時，沿此電纜傳導(dǎo)的噪音就會被輻射出去。電纜的長度和波長接近時，輻射現(xiàn)象尤為明顯。同時輻射功能強的電纜接收功能也強，它會不斷地從空間接受輻射干擾信號。 在150MHz以下，系統(tǒng)中最主要的輻射源是電源和數(shù)據(jù)電纜。對這些電纜進行合適的濾波，可減少電纜產(chǎn)生的輻射干擾和傳導(dǎo)干擾。 在150MHz以上，PCB上的連線以及較短的內(nèi)部電纜開始變?yōu)檩椛涔δ軓姷奶炀€。為減少它們的輻射，在布線時應(yīng)減少走線的長度和環(huán)路的面積。如果可能的話，還應(yīng)使用地線層。數(shù)據(jù)集成電路的去耦合也是非常重要的，必要時還須加屏蔽。十、干擾類型。=1\*GB3①差模干擾：差模干擾（對稱模式）在系統(tǒng)的相線產(chǎn)生干擾電壓，而與地線無關(guān)。差模電流從一相流出，由另一相返回。 =2\*GB3②共模干擾：共模干擾（不對稱模式）在每一相線與地線之間產(chǎn)生干擾電壓。共摸電流從干擾電源流入地線（通常通過分布電容），然后沿地線傳播，最后經(jīng)相線返回。 十一、BIT牌濾波器是北京理工大學(xué)產(chǎn)業(yè)總公司開發(fā)的。它分交流單相、三相和直流EMI濾波器及防雷濾波器，共有100多個品種，按種類不同工作電流可達1～200A。=1\*GB3①通用系列濾波器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)(A型電路)B型電路以下兩種比通用系列性能更優(yōu)良（D型電路）F型系列=2\*GB3②三相濾波器內(nèi)部采用電路的不同可分以下幾種：a)N型電路b)M型電路c)J型電路d)K型電路e)L型電路=3\*GB3③直流系列濾波器：在開關(guān)電源、通用直流電源儀器儀表中具有很大的用途，主要用來濾掉紋波電壓，以提供良好的輸出直流電壓，所以在結(jié)構(gòu)上與交流稍有差別。Q型電路S型電路c)U型電路（濾波效果最佳）=4\*GB3④防雷型濾波器：防雷型濾波器有三部分組成。第一部分：壓敏電阻組成的防雷電路；第二部分：電源濾波器；第三部分：瞬態(tài)電壓抑制器組成的鉗位保護，其電路如圖；當出現(xiàn)雷電或浪涌等過電壓時，壓敏電阻呈短路狀態(tài)，使雷電流或浪涌電流短路到地，當雷電或浪涌電壓過去后，壓敏電阻恢復(fù)呈高阻狀態(tài)，不影響電路正常工作。電源濾波器主要用于抑制竄入電源中的高頻干擾信號。瞬態(tài)電壓抑制器組成的鉗位電路響應(yīng)速度很快，通常在10ns以下，而且鉗位電壓比較穩(wěn)定，可以進一步削減雷電或其他干擾信號，以保證負載不致出現(xiàn)過電壓而損壞。十二、EMI電源濾波器的正確運用真正對信息設(shè)備構(gòu)成威脅的電磁脈沖，按能量大小依次是雷電、強電磁脈沖、靜電、開關(guān)電磁脈沖四類。它們通過電磁輻射從信息設(shè)備的孔、縫隙、線攬耦合近來，也可從設(shè)備的孔、縫隙、線纜輻射出去。它們還可以通過電磁傳導(dǎo)從信息設(shè)備的電源線、信號線纜耦合進來，同樣也可從設(shè)備的電源線、信號線耦合出去。 EMI電源濾波器是抑制傳導(dǎo)干擾的有效手段，應(yīng)用非常廣泛。前面介紹濾波器參數(shù)、結(jié)構(gòu)及各種濾波器的基礎(chǔ)上，分析介紹正確選用EMI電源濾波器中的幾個重要問題。1、選擇適合你所用的濾波電路及其插入損耗。 與傳統(tǒng)濾波器在匹配條件下工作的固有概念不同，匹配意味著濾波器需保護輸入、輸出信號幅度不變的前提下，將其中部分頻域作預(yù)期的處理或變換。而EMI電源濾波器不同，雖然它是低通濾波器但卻是在不匹配的條件下工作，因為在實際應(yīng)用中無法實現(xiàn)匹配，如電網(wǎng)輸入阻抗Rs是隨著用電量的大小而變化的，輸出阻抗Rl是隨著開關(guān)電源（或線形電源）的負載大小而變化的。 注意：這里指的輸入、輸出阻抗Rs、Rl均對EMI電源濾波器而言的。為此，EMI電源濾波器要獲得理想的抑制效果，應(yīng)遵循以下圖中的連接規(guī)律。Rs電路Rl小小大大小大大小 其理由是顯而易見的，因為無論在輸入端或輸出端的電磁脈沖均能在濾波器內(nèi)獲得最大的損耗，當然上面的圖中的電感、電容的數(shù)值對電磁干擾的頻譜具有較大的影響。（1）、電路實例分析由于傳導(dǎo)干擾可分解為共模干擾和差模干擾，所以濾波器電路由共模電路和差模電路構(gòu)成。 A：交流單相濾波電路中EMI電源濾波器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。（交流單相電路中EMI電源濾波器的結(jié)構(gòu)）=1\*GB3①共模電路如下圖所示。電路由共模扼流圈和對地電容Cy構(gòu)成。（單相電路中消去共模的濾波電路） 濾波器輸入端應(yīng)和低阻抗Rs連接，出于安全考慮，圖中對地電容Cy有嚴格的限制，一般較?。?000～5600pF），因此輸出端應(yīng)和低阻抗Rl連接，對高阻抗的開關(guān)電源共模干擾不太理想。如需要提高對開關(guān)電源共模干擾的插入損耗，可以增加共模電路的級數(shù)，如下圖：（多級共模濾波器提高對共模插入的損耗）=2\*GB3②電路由線間電容Cx構(gòu)成，這時共模扼流圈不起作用。濾波器輸入、輸出端都應(yīng)和高阻抗Rs、Rl連接，對低阻抗的開關(guān)電源插模干擾不太理想。如圖：(用電容進行差模濾波) 如需要提高對開關(guān)電源插模干擾的插入損耗，可以增加差模電感如下圖：（用電容和電感對差模濾波）綜合以上的分析，對于開關(guān)電源較理想的濾波器電路應(yīng)以下圖所示，這種電路就是高性能電路，與一般性能的電路有很大的差別。（開關(guān)電源中較理想的濾波器）B：交流三相四線制濾波器電路如下圖。（三相四線制濾波器電路）=1\*GB3①共模濾波器電路如下圖所示。（共模濾波器電路）因為Cx﹥﹥Cy，所以取決于Cy，因此可用Cy代替，分析同單相濾波器電路中的共模電路。=2\*GB3②差模濾波器電路如下圖，分析同單相濾波器電路中的差模電路。（相—中電路）（相—相電路）同樣可以推論，用與開關(guān)電源的三相四線的理想濾波電路。如下圖所示：（用于開關(guān)電源的三相四線的理想濾波電路）C、直流濾波器電路=1\*GB3①輸入、輸出對地對稱（懸?。╇娐罚缦聢D所示點劃線框內(nèi)，分析同交流濾波器?？梢娭绷鳛V波器電路和交流濾波器沒有區(qū)別（僅指電容、電感的耐壓數(shù)值沒有區(qū)別）。共模濾波器差模濾波器共模濾波器（用于直流濾波器的共模和差模濾波器）=2\*GB3②輸入、輸出不對地對稱電路如下圖所示。電路為典型的T型濾波電路，為了減少地電流干擾，接地電容不宜過大。檢測（典型的T型濾波器）(2)、插入損耗。 插入損耗應(yīng)該根據(jù)設(shè)備超標情況來選擇。如GB9254規(guī)定的信息技術(shù)設(shè)備，允許電源線端子干擾電壓的極限值在150KHz處為66BuV，如超標就要選擇合適的EMI電源濾波器。對于采用線性電源的設(shè)備也許問題未必解決，特別是對開關(guān)頻率較低的開關(guān)電源。因為一般性能的濾波器在20KHz處的插入損耗小于50dB，這是就要考慮選擇高性能的多級電路濾波器或用超微晶材料做的濾波器。超微晶材料的初始磁導(dǎo)率一般是鐵氧體材料的5～20倍，所以在同樣額定電流條件下，超微晶在20KHz處的插入損耗大于20dB。因此在體積有嚴格要求的情況下，易選超微晶材料做的濾波器。2、額定電