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(dòng)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(dòng)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(lái)源有三個(gè)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(rèn)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(wú)法工作。此外，電磁輻射還可能導(dǎo)致機(jī)密情報(bào)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(duì)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(lái)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(duì)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(duì)干擾信號(hào)具有雙向抑制作用，不僅對(duì)各種來(lái)自外部的干擾進(jìn)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)?！殉Ｓ煤统Ｒ?jiàn)電力電子設(shè)備用濾波器一覽表型號(hào)主要性能和特點(diǎn)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(gè)或兩個(gè)熔斷器，帶有地線扼流圈，有的還帶有浪涌保護(hù)電路。單相最高：250V三相最高：420VMAX298階開(kāi)關(guān)電容低通濾波器，使用中基本上不用接元件，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(kāi)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(yùn)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(gè)雙二次型二階通用濾波器和兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)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(diǎn)。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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算機(jī)、USB、程控交換機(jī)、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(jí)VDE0871規(guī)范的軍民品設(shè)備、開(kāi)關(guān)電源、逆變電源、程控交換機(jī)、計(jì)算機(jī)、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(hào)主要性能和特點(diǎn)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(gè)系列?？蓮V泛用于三相機(jī)電設(shè)備、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、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(duì)地及相對(duì)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(qiáng)度：5KADQL、EQLFQL、ESLSSL、PU系列直流高性能濾波器，均適應(yīng)負(fù)載端接地或不接地的各類直流電源，廣泛用于程控交換機(jī)、開(kāi)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(kāi)關(guān)電容低通和高通濾波器，通過(guò)有效設(shè)置6個(gè)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(guò)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(kāi)關(guān)電容式有源低通濾波器電路，內(nèi)部包含時(shí)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(hào)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(shí)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(kāi)關(guān)電容濾波器。該濾波器的截止頻率可隨時(shí)鐘編程，其穩(wěn)定性依賴于時(shí)鐘的穩(wěn)定性，時(shí)鐘截止頻率比為50：1，該濾波器可外接TTL或CMOS時(shí)鐘，也可自產(chǎn)生時(shí)鐘。電源電壓：±2.25～±6V時(shí)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(hào)沿干擾源近來(lái)的方向反射回去，降低干擾源的影響。（左面電源為進(jìn)線右面接設(shè)備） 上圖是一個(gè)電源濾波器的原理電路，圖中L1和和L2對(duì)共模干擾信號(hào)（非對(duì)稱干擾電流）呈現(xiàn)高阻抗，而對(duì)差模信號(hào)（對(duì)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(shí)有抑制了電流的噪音。通常L1、L2的值很小切相等，對(duì)稱的繞在同一個(gè)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(chǎng)互相補(bǔ)償，以免磁通飽和。但是對(duì)于不對(duì)稱干擾（共模）信號(hào)來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是相互加強(qiáng)的，對(duì)外呈現(xiàn)的總電感明顯增加大，對(duì)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(jìn)一步衰減對(duì)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(bǔ)償扼流圈。過(guò)上面的分析，說(shuō)明電源濾波器在使用時(shí)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(duì)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(gè)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(jì)算：式中In65℃時(shí)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(dāng)電源接通時(shí)，電流就會(huì)通過(guò)電容器流入地端，這就導(dǎo)致了漏電流的存在。漏電流測(cè)試方法如圖所示，該參數(shù)對(duì)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(shí)每相對(duì)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(shí)，負(fù)載嚴(yán)重不平衡，且只有一相接負(fù)載的最壞情況下，相對(duì)地的漏電流。通常情況下，在三相負(fù)載平衡時(shí)，該漏電流接近于零。六、元件植誤差。 負(fù)差 正查 測(cè)試頻率 電感 30% 50% 1KHz 電容 20% 20% 1KHz 電阻 10% 10% 直流七、高壓測(cè)試。 國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)，濾波器的高壓測(cè)試分為兩種：標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試和產(chǎn)品測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試時(shí)所有線—線之間電壓不小于DC2125V，測(cè)試時(shí)間不小于60s。在此測(cè)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(shí)間不小于60s。所有產(chǎn)品出廠前應(yīng)100%的進(jìn)行不小于2s的高壓測(cè)試。八、起動(dòng)及過(guò)載電流。 指濾波器在允許電流條件下的起動(dòng)或過(guò)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(hào)的傳播。EMI以兩種方式傳播： =1\*GB3①輻射方式：能量通過(guò)磁場(chǎng)或電場(chǎng)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(wú)相關(guān)的。當(dāng)一根傳輸電纜類似天線具有一定的發(fā)射功率時(shí)，沿此電纜傳導(dǎo)的噪音就會(huì)被輻射出去。電纜的長(zhǎng)度和波長(zhǎng)接近時(shí)，輻射現(xiàn)象尤為明顯。同時(shí)輻射功能強(qiáng)的電纜接收功能也強(qiáng)，它會(huì)不斷地從空間接受輻射干擾信號(hào)。 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(duì)這些電纜進(jìn)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(kāi)始變?yōu)檩椛涔δ軓?qiáng)的天線。為減少它們的輻射，在布線時(shí)應(yīng)減少走線的長(zhǎng)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(shí)還須加屏蔽。十、干擾類型。=1\*GB3①差模干擾：差模干擾（對(duì)稱模式）在系統(tǒng)的相線產(chǎn)生干擾電壓，而與地線無(wú)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(duì)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(guò)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(kāi)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(gè)品種，按種類不同工作電流可達(dá)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(kāi)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(lái)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(hù)，其電路如圖；當(dāng)出現(xiàn)雷電或浪涌等過(guò)電壓時(shí)，壓敏電阻呈短路狀態(tài)，使雷電流或浪涌電流短路到地，當(dāng)雷電或浪涌電壓過(guò)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(hào)。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(jìn)一步削減雷電或其他干擾信號(hào)，以保證負(fù)載不致出現(xiàn)過(guò)電壓而損壞。十二、EMI電源濾波器的正確運(yùn)用真正對(duì)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(qiáng)電磁脈沖、靜電、開(kāi)關(guān)電磁脈沖四類。它們通過(guò)電磁輻射從信息設(shè)備的孔、縫隙、線攬耦合近來(lái)，也可從設(shè)備的孔、縫隙、線纜輻射出去。它們還可以通過(guò)電磁傳導(dǎo)從信息設(shè)備的電源線、信號(hào)線纜耦合進(jìn)來(lái)，同樣也可從設(shè)備的電源線、信號(hào)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(gè)重要問(wèn)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(hù)輸入、輸出信號(hào)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?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中無(wú)法實(shí)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(kāi)關(guān)電源（或線形電源）的負(fù)載大小而變化的。 注意：這里指的輸入、輸出阻抗Rs、Rl均對(duì)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(jiàn)的，因?yàn)闊o(wú)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(dāng)然上面的圖中的電感、電容的數(shù)值對(duì)電磁干擾的頻譜具有較大的影響。（1）、電路實(shí)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(duì)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(duì)地電容Cy有嚴(yán)格的限制，一般較?。?000～5600pF），因此輸出端應(yīng)和低阻抗Rl連接，對(duì)高阻抗的開(kāi)關(guān)電源共模干擾不太理想。如需要提高對(duì)開(kāi)關(guān)電源共模干擾的插入損耗，可以增加共模電路的級(jí)數(shù)，如下圖：（多級(jí)共模濾波器提高對(duì)共模插入的損耗）=2\*GB3②電路由線間電容Cx構(gòu)成，這時(shí)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(duì)低阻抗的開(kāi)關(guān)電源插模干擾不太理想。如圖：(用電容進(jìn)行差模濾波) 如需要提高對(duì)開(kāi)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(duì)差模濾波）綜合以上的分析，對(duì)于開(kāi)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(kāi)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?yàn)镃x﹥﹥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(kāi)關(guān)電源的三相四線的理想濾波電路。如下圖所示：（用于開(kāi)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(duì)地對(duì)稱（懸?。╇娐罚缦聢D所示點(diǎn)劃線框內(nèi)，分析同交流濾波器?？梢?jiàn)直流濾波器電路和交流濾波器沒(méi)有區(qū)別（僅指電容、電感的耐壓數(shù)值沒(méi)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(duì)地對(duì)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(guò)大。檢測(cè)（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(biāo)情況來(lái)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(biāo)就要選擇合適的EMI電源濾波器。對(duì)于采用線性電源的設(shè)備也許問(wèn)題未必解決，特別是對(duì)開(kāi)關(guān)頻率較低的開(kāi)關(guān)電源。因?yàn)橐话阈阅艿臑V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(jí)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(yán)格要求的情況下，易選超微晶材料做的濾波器。2、額定電