直流電源EMI濾波器的設(shè)計(jì)原則及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)選擇

直流電源EMI濾波器的設(shè)計(jì)原則及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)選擇

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)的反射。設(shè)電源的輸出阻抗和與之端接的濾波器的輸人阻抗分別為ZO和ZI，根據(jù)信號(hào)傳輸理論，當(dāng)ZO≠ZI時(shí)，在濾波器的輸入端口會(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)生的反射越大，EMI信號(hào)就越難通過。所以，濾波器輸入端口應(yīng)與電源的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。即濾波器的設(shè)什應(yīng)遵循下列原則：?

????????源內(nèi)阻是高阻的，則濾波器輸人阻抗就應(yīng)該是低阻的，反之亦然。

??????? 負(fù)載是高阻的，則濾波器輸出阻抗就應(yīng)該是低阻的，反之亦然。

??????? 對(duì)于EMI信號(hào)，電感是高阻的，電容是低阻的，所以，電源EMI濾波器與源或負(fù)載的端接應(yīng)遵循下列原則：

??????? 如果源內(nèi)阻或負(fù)載是阻性或感性的，與之端接的濾波器接口就應(yīng)該是容性的。

??????? 如果源內(nèi)阻或負(fù)載是容性的，與之端接的濾波器接口就應(yīng)該是感性的。

2 EMI濾波器的網(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 的分布如圖1所示。它可用來指導(dǎo)如何確定EMI濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)。

??????? EMI濾波器的基本網(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濾波器的基本結(jié)構(gòu)，但是在選用時(shí)，要注意以下的間題：

??????? 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。

???????? 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)考慮共模干擾的抑制。

???????? 最大程度地滿足阻抗失配原則。

??????? 幾種實(shí)際使用的電源EMI濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

3 電源EMI濾波器的參數(shù)確定方法

??????? a）放電電阻的取值

??????? 在允許的情況下，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)功率值不能超過額

??????? 定功率值的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的取值為75－200 K 之間。功率為2－3 W。金屬膜電阻。

??????? b）Cx 電容的取值

?????? 在允許的情況下，容量要求越大越好，其值很難確切地估算出來，一般情況下，要求取值在l－5uf之間（對(duì)每個(gè)電容）。電容的耐壓值必須經(jīng)過雷擊浪涌后取值，有殘壓，其瞬時(shí)值一般在1000V／s時(shí)不損壞，按二級(jí)降額的原則選取，取值在275 V，頻率特性與電容的取值有關(guān)，取值越小，頻率特性越好。

??????? c）Cy 電容的取值

??????? 在允許的情況下，容量要求越大越好，其值很難確切地估算出來，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）。電容的耐壓值必須經(jīng)過雷擊浪涌后取值，有殘壓，其瞬時(shí)值一般在1000V／S 時(shí)不損壞，按二級(jí)降額的原則選取，取值275 V，頻率特性與電容的取值有關(guān)，取值越小，頻率特性越好。Cx 電容和Cy 電容，一般都是通過較小的電容并聯(lián)來滿足容量的要求，這樣濾波器的高頻特性好。

??????? d) 電感的取值

??????? 材料的選取原則——從以下幾個(gè)方面考慮：

??????? 第一，磁芯材料的頻率范圍要寬，要保證最高頻率在1GHz，即在很寬的頻率范圍內(nèi)有比較穩(wěn)定的磁導(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)率往往是分段考慮的。磁芯材料一般是鐵氧體。

??????? 電感量的估算——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濾波器的安裝耍求

??????? 濾波器對(duì)電磁干擾的抑制作用不僅取決于濾波器本身的設(shè)計(jì)和它的實(shí)際工作條件，而且在很大程度上還取決于濾波器的安裝情況。

??????? 濾波器引線與安裝位置也是很重要的問題。這是考慮到電源線除了沿電源線的傳導(dǎo)時(shí)會(huì)傳輸電磁干擾外，還會(huì)在傳輸過程中將電磁干擾輻射出去，對(duì)附近的敏感電路（或設(shè)備）造成輻射耦合。因此必須考慮濾波器的輸人線和輸出線之間不存在耦合，否則會(huì)導(dǎo)致濾波器的性能下降。為此，濾波器的輸人線最好不直接引人設(shè)備內(nèi)部，而是經(jīng)過濾波之后才進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，利用設(shè)備機(jī)殼的自然屏蔽作用，把電源產(chǎn)生的輻射場排除在設(shè)備外部。電源輸人線不要過長。濾波器的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。濾波器的引腳或引線要盡可能的短。濾波器如果要和其它電路相連接，最好用接插件。

5 總結(jié)

??????? 濾波器金屬外殼與機(jī)箱殼必須保證良好的接觸，并將接地線接好。

??????? 濾波器輸人線、輸出線必須有一定的距離，避免濾波器性能下降。

??????? 濾波器的連線以選用雙絞線為佳，可以消除部分高頻干擾。

??????? 濾波器的安裝位置應(yīng)首選在電源入口處，以縮短輸入線在機(jī)箱內(nèi)的長度，減小輻射干擾

??????? 濾波器的選用主要考慮其插人損耗，生產(chǎn)廠商所給出的曲線一般取自 50Ω 系統(tǒng)測試的結(jié)果，而實(shí)際應(yīng)用的系統(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，要注意高頻特性的影響。

?????? 濾波器選用的第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。

??????? 濾波器的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)。