電磁兼容-第5章-濾波1-江濱浩VIP

1電磁濾波技術(shù)

電氣工程系江濱浩教授探討生學(xué)位課－電磁兼容（6）2濾波器的作用切斷干擾沿信號(hào)線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構(gòu)成完善的干擾防護(hù)。信號(hào)濾波器電源濾波器3

濾波器分類45明顯，當(dāng)時(shí)，IL大于零，IL越大，濾波效果越好6頻率范圍寬阻抗不確定頻率范圍寬，過渡帶窄；阻抗不確定，變更范圍寬78

干擾濾波器多為低通濾波器因?yàn)殡姶鸥蓴_大多頻率較高的信號(hào)，因?yàn)轭l率越高的信號(hào)越簡(jiǎn)潔輻射和耦合數(shù)字電路中很多高次諧波是電路工作所不須要的，必需濾除，防止對(duì)其它電路產(chǎn)生干擾。電源線上的雜波有較高頻率較高頻率較高時(shí)，雜散電容和電感之間的相互串?dāng)_嚴(yán)峻9

反射式濾波器工作原理是把不須要的頻率成分反射回騷擾源，而讓須要的頻率成分的能量通過濾波器施加于負(fù)載。反射式濾波器通常由電抗元件(如電感器、電容器)組合構(gòu)成無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。在通帶內(nèi)供應(yīng)低的串聯(lián)阻抗和高的并聯(lián)阻抗，而在阻帶內(nèi)供應(yīng)高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，對(duì)騷擾電流建立一個(gè)高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗通路。10

低通濾波器類型CTL反

電容并聯(lián)在要濾波的信號(hào)線與信號(hào)地線之間（濾除差模干擾電流）或信號(hào)線與機(jī)殼地或大地之間（濾除共模干擾電流），電感串聯(lián)在要濾波的信號(hào)線上。

電路中的濾波器件越多，則濾波器阻帶的衰減越大，濾波器通帶與阻帶之間的過渡帶越短。

不同結(jié)構(gòu)的濾波電路適合于不同的源阻抗和負(fù)載阻抗。11插入損耗的估算fco

=1/(2RpC)~Zs、ZL并聯(lián)CIL=20lg(CRp)ILIL=20lg(L/Rs)fco

=Rs/(2L）Zs、ZL串聯(lián)~ZsLZs假設(shè)電感、電容是志向器件，這是不符合實(shí)際狀況的ZLZL12實(shí)際電容器的特性ZC志向電容f引線長(zhǎng)1.6mm的陶瓷電容器

電容量

諧振頻率(MHZ)1F1.70.1F40.01F12.6

3300pF19.31100pF33680pF42.5330pF60實(shí)際電容1/2LCCL電感重量是由引線和電容結(jié)構(gòu)所確定的13克服電容非志向性的方法

大容量

頻率衰減小電容大電容并聯(lián)電容小容量美中不足：在大電容的諧振頻率和小電容的諧振頻率之間，大電容呈現(xiàn)電感特性（阻抗隨頻率上升增加），小電容呈現(xiàn)電容特性，實(shí)際是一個(gè)LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在會(huì)在某個(gè)頻率上發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致其阻抗為無(wú)限大，這時(shí)電容并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際已經(jīng)失去旁路作用。假如剛好在這個(gè)頻率上有較強(qiáng)的干擾，就會(huì)出現(xiàn)干擾問題。若將大、中、小三種容值的電容并聯(lián)起來(lái)運(yùn)用，會(huì)有更多的諧振點(diǎn)，濾波器在更多的頻率上失效。簡(jiǎn)潔的方案：大小電容并聯(lián)，大電容抑制低頻干擾、小電容抑制高頻。14

三端電容器的原理引線電感與電容一起構(gòu)成了一個(gè)T形低通濾波器在引線上安裝兩個(gè)磁珠濾波效果更好地線電感起著不良作用三端電容普通電容30702060401GHz三端電容（比較流行的方法）：一個(gè)電極上的兩根引線串聯(lián)在須要濾波的導(dǎo)線中。導(dǎo)線電感與電容構(gòu)成了一個(gè)T形濾波器，消退了一個(gè)電極上的串聯(lián)電感。三端電容比一般電容具有更高的諧振頻率和濾波效果。并可在三端電容兩個(gè)相連的引線上套兩個(gè)鐵氧體磁主，進(jìn)一步提高T形濾波器的效果。插入損耗15

三端電容器的不足寄生電容造成輸入端、輸出端耦合接地電感造成旁路效果下降中間的接地線越短越好，避開兩側(cè)的引線的平行部分過長(zhǎng)，否則高頻濾波效果會(huì)打很大折扣。

制約著其高頻效果的兩個(gè)因素：寄生電容耦合，接地線的電感。三端電容的濾波效果一般在300MHz以下。16

穿心電容更勝一籌金屬板隔離輸入輸出端

一周接地，電感很小接地電感小：當(dāng)穿心電容的外客與面板之間在360°的范圍內(nèi)連接時(shí)，連接電感是很小的。因此，在高頻時(shí)，能夠供應(yīng)很好的旁路作用。輸入輸出沒有耦合：用于安裝穿心電容的金屬板起到了隔離板的作用，使濾波器的輸入端和輸出端得到了有效的隔離，避開了高頻時(shí)的電容耦合現(xiàn)象。17穿心電容的插入損耗穿心電容插入損耗頻率1GHz普通電容理想電容穿心電容的阻抗接近志向電容，只是在某個(gè)頻率會(huì)出現(xiàn)一個(gè)凹陷。18溫度對(duì)陶瓷電容容量的影響125-309030%C0.15-0.150-551255-150-55-10-5COGX7R-6020-300Y5V%C%C

陶瓷電容濾波器是鈦酸鋁等陶瓷材料制成，其工作原理是利用陶瓷材料的壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)接信號(hào)，再將機(jī)接信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)接電信號(hào)。溫度的穩(wěn)定性差。19電壓對(duì)陶瓷電容容量的影響COGX7RY5V200-20-40-60-80020406080100

%額定電壓（Vdc）%C20實(shí)際電感器的特性

電感量（H）

諧振頻率

(MHZ)3.4458.828685.7

1252.65001.2f

繞在鐵粉芯上的電感ZL理想電感實(shí)際電感1/2LCLC21電感寄生電容的來(lái)源每圈之間的電容CTT導(dǎo)線與磁芯之間的電容CTC磁芯為導(dǎo)體時(shí)，CTC為主要因素，磁芯為非導(dǎo)體時(shí)，CTT為主要因素。22磁芯對(duì)電感寄生電容的影響鐵粉芯(非導(dǎo)電）C=4.28pfC=3.48pf19%鐵氧體（錳鋅）C=51pfC=49pf4%

鐵粉芯作磁芯時(shí)，由于它不導(dǎo)電，不僅寄生電容很小，而且當(dāng)將繞線方式改為松散繞制時(shí)，電容下降了將近20%。用錳鋅鐵氧體作磁芯時(shí)，由于這種材料導(dǎo)電率較高，不僅電容量較大，而且與繞線方式關(guān)系不大。23

減小電感寄生電容的方法然后：起始端與終止端遠(yuǎn)離（夾角大于40度）盡量單層繞制，并增加匝間距離多層繞制時(shí)，接受“漸進(jìn)”方式繞，不要來(lái)回繞。假如磁芯是導(dǎo)體，首先：用介電常數(shù)低的材料增加繞組導(dǎo)體與磁芯之間的距離2425

電感磁芯的選用

錳鋅：r=500~10000，R=0.1~100m鐵粉磁芯：不易飽和、導(dǎo)磁率低，作差模扼流圈的磁芯鐵氧體：最常用鎳鋅：r=10~100，R=1k~1Mm超微晶：r>10000，做大電感量共模扼流圈的磁心空心線圈的電感量很小，運(yùn)用導(dǎo)磁率較高的材料作磁芯可大大地增加電感量。26

電感量與飽和電流的計(jì)算SD1D2飽和電流：

Imax=BmaxS(D1-D2)/2L電感量：

L（nH）=0.2N2rS(mm)ln(D1/D2)電感量廠家手冊(cè)給出廠家經(jīng)常給出每匝的電感量“AL”，則L（nH）=AL

N2當(dāng)電感磁芯發(fā)生飽和時(shí)，電感量變小，失去對(duì)干擾的抑制作用。若額定電流大于飽和電流（Imax），就會(huì)發(fā)生飽和，須要調(diào)整磁芯的尺寸，使額定電流小于Imax27吸取式濾波器吸取式濾波器是由有耗器件構(gòu)成的，在阻帶內(nèi)吸取躁聲的能量轉(zhuǎn)化為熱損耗，從而起到濾波作用。鐵氧體吸取型濾波器是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種低通濾波器。鐵氧體是一種由鐵、鏡、鋅氧化物混合而成，具有很高的電阻率，較高的磁導(dǎo)率(約為100一1500)磁性材料。低頻電流可以幾乎無(wú)衰減地通過鐵氧體，高頻電流卻會(huì)受到很大的損耗，轉(zhuǎn)變成熱量散發(fā)。它可以等效為電阻和電感的串聯(lián)。電阻值和電感量都是隨著頻率而變更的28鐵氧體的相對(duì)導(dǎo)磁常數(shù)磁性體材料誘電體材料High電

/High磁

材料e

100100101101102102103103104104105105

相對(duì)導(dǎo)磁常數(shù):ur相對(duì)介電常數(shù)29鐵氧體濾波機(jī)理Z(f）Z(f)RZL在低頻，磁芯的磁導(dǎo)率較高，磁芯的損耗較小，整個(gè)器件是一個(gè)低損耗、高Q特性的電感。高頻：阻抗由電阻成分構(gòu)成。隨著頻率上升，磁芯的磁導(dǎo)率降低，磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導(dǎo)致總的阻抗增加。當(dāng)高頻信號(hào)通過鐵氧體時(shí)，電磁能量以熱的形式耗散掉。303132

電源線濾波器電源線的傳導(dǎo)騷擾電壓3334

共模干擾和差模干擾相－中/中－地＝共模電流，相－中＝差模電路可看作獨(dú)立干擾來(lái)探討35源端負(fù)載端3637383940414243信號(hào)濾波器的安裝位置板上濾波器無(wú)屏蔽的場(chǎng)合濾波器靠近被濾波導(dǎo)線的靠近器件或線路板一端。有屏蔽的場(chǎng)合：在屏蔽界面上44板上濾波器的留意事項(xiàng)濾波器要并排安裝線路板的干凈地與金屬機(jī)箱或大金屬板緊密搭接為濾波設(shè)置干凈地在接口處設(shè)置檔板濾波器靠近接口45面板上濾波的簡(jiǎn)易（臨時(shí)）方法容量適當(dāng)?shù)拇善娙莼颡?dú)石電容，引線盡量短46電纜濾波的方法連接器屏蔽盒饋通濾波器47面板安裝濾波器留意事項(xiàng)濾波器與面板之間必須使用電磁密封襯墊！48運(yùn)用形濾波器的留意事項(xiàng)濾波器接地阻抗預(yù)期干擾電流路徑實(shí)際干擾電流路徑49

開關(guān)電源噪聲緣由：非線性和開關(guān)工作模式,50Hz的奇次諧波（1、3、5、7）非線性開關(guān)頻率的基頻和諧波（1MHz以下差模為主，1MHz以上共模為主）

開關(guān)電源工作時(shí)，在電源線上既會(huì)在產(chǎn)生很強(qiáng)的共模干擾，也會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的差模干擾.

50電源線濾波器的基本電路共模扼流圈差模電容共模電容共模濾波電容受到漏電流的限制51電源線濾波器的特性一般產(chǎn)品說(shuō)明書上給出的數(shù)據(jù)是50條件下的測(cè)試結(jié)果。越來(lái)越受到關(guān)注損耗頻率理想濾波器特性實(shí)際濾波器特性30MHz52

電源線濾波器的錯(cuò)誤