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EMI电源滤波器介绍

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EMI滤波器特点介绍更新时间:2016-01-21    浏览次数:

EMI电源滤波器是改善电磁环境、抑制电磁干扰的既有效又经济的器件。但它的有效性是与正确的选择息息相关,为此需要作一些深入浅出的介绍。

       一、电磁干扰的传播途径

由于大规模集成电路和网络的飞速普及和应用,人类所处的电磁环境日益恶化,电磁污染已成为继空气、水质、噪声之后的第四类污染源。为了治理日益恶化的电磁污染,有效的手段之一是隔断电磁干扰的传播途径。

一般讲电磁干扰的传播途径主要有传导、辐射和感应三种。电磁干扰通过金属导体进行传播的方式称为传导干扰。设备的正常工作往往都存在金属导体的电源线、信号线、控制线等。因此这些导线就构成了传导干扰的传播途径,如果在这些导线进入设备的入口处设置EMI滤波器就有可能隔断电磁干扰的传播途径。

       二、EMI电源滤波器的特点

       1、双向低通滤波器

设备的电源线是给设备提供直流或50Hz、400Hz工频的电源导线,所以EMI滤波器不能隔断直流和工频电源,只能隔断电磁干扰。由于电磁干扰的频域远远高于直流和工频频域,那么对直流和工频导通、对电磁干扰尽可能衰减的EMI滤波器,就一定是个低通滤波器。理想低通滤波器的衰减曲线应呈矩形特性。又由于电路的相对对称性,所以对于电磁干扰具有双向抑制的功能。

        2、失配的滤波电路

滤波电路可由单个电感L或单个电容C组成,也可由单个LC单元电路组成或几个LC单元电路组成,总之,电路的复杂程度,要视要求的插入损耗(衰减)而定。

由于电磁干扰在传播过程中往往可分解为线对地之间的共模干扰和线对线之间的差干扰,所以EMI电源滤波器一般也有与之相对应的共模电路和差模电路。

举应用最广泛、最普及的通用图1电路为例, 并分解为图2(a)、(b)共差模电路:

图一:110电路



图二(a): 共模电路



    图二(b): 差模电路

由于电感L的感抗于电磁干扰来讲是高阻的(频率愈高阻抗愈高)

电容C的容阻对于电磁干扰来讲是低阻的(频率愈高阻抗愈低)

因此对图2(a)由单个LC单元组成的共模电路来讲,LG、NG输入端是高阻的,L’N’、N’G’输出端是低阻的。

对图2(b)由单个C组成的差模电路来讲,LN、L’N’输入端、输出端都是低阻的。

那么在选择EMI滤波器时,应如何选择它的电路呢?

为了获得最佳的滤波效果,要求滤波器输入端与其相连的阻抗和输出端与其相连的阻抗都呈失配关系。其原因是:

失配是相对于匹配而言的。例如:测量EMI滤波器插入损耗的频谱仪,要求接入频谱仪输入端的被测量物及其连接电缆均为50Ω;要求接入频谱仪输出端的显示仪器及其连接电缆均也为50Ω,这是因为频谱仪要求在匹配条件下测量。

又如:一台设备的电源线,它的前端接入电网,它的后端接入设备的逆变电源,为了抑制传导干扰,往往在电源线与逆变电源之间接入EMI电源滤波器。这时EMI滤波器的输入端是电网,EMI滤波器的输出端是逆变电源。一般讲电网以感性低阻抗为主,逆变电源以容性低阻抗为主,而且无论是电网阻抗或逆变电源阻抗都是随负载和频率变化的。因此要想让EMI滤波器与电网和逆变电源匹配是很困难的。换句话说,EMI滤波器在实际使用中均处于失配状态,从这个意义上讲失配的概念是广义的。但是为了获得最佳的滤波效果,在选择滤波器电路时,却可以通过扩大失配的办法来提高滤波效果。

举例说明:对于以低阻抗为主的电网,如果EMI滤波器输入端采用高阻抗共模串联电感的话,那么当载在电网上的电磁干扰中的共模成分通过EMI滤波器时,必然大部分压降在高阻抗的输入端。换句话说, 电网上的电磁干扰大部分都降在滤波器上了,如表1左上图所示。

对于以低阻抗为主的逆变电源,道理是一样的。区别仅在于由逆变电源输入端输出的电磁干扰中的共模成分通过滤波器输出端时,必然大部分压降在高阻抗共模串联电感的输出端上,如表1右上图所示。以上说明EMI滤波器对于电磁干扰具有双向抑制的功能。

对于差模干扰,如果要提高滤波器的抑制效果,惟有使它的容抗输入端的电网阻抗和输出端的逆变电源阻抗还要低的多,才能使载在电网上和逆变电源输出上的电磁干扰在通过滤波器时被其容抗所傍路如图2(b)或表1左下图所示。上述条件往往对电网较符合,对逆变电源往往就难以符合了,所以对于逆变电源往往需要增加差模电感如图3所示。

     

图三:差模电路

 

最后根据失配原则可以归纳出一张符合一般规律、带有指导意义的图表。


表一:滤波器应遵循的连接规律

  
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