電源濾波器基本知識

電源濾波器基本知識電源濾波器基本知識/電源濾波器基本知識電源濾波器基本知識一、術(shù)語定義1.額定電壓EMI濾波器用在指定電源頻率的工作電壓（中國：

250V,50Hz，歐洲：

230V，50Hz；美國：115V,60Hz)2.額定電流在額定電壓和指定溫度條件下（常為環(huán)境溫度40℃），EMI濾波器所贊同的最大連續(xù)工作電流（Imax）。在其他環(huán)境溫度下的最大贊同工作電流是環(huán)境溫度的函數(shù)，可用以下公式得出：試驗電壓在EMI濾波器的指定端子之間和規(guī)準時間內(nèi)施加的電壓。試驗電壓分為兩種，一種是加載在電源（或負載）端子之間，稱為線-線試驗電壓；另一種是加載在電源（或負載）任一端與接地端（或濾波器金屬外殼）之間，稱為線-地試驗電壓。泄漏電流EMI濾波器加載額定電壓后，斷開濾波器的接地端與電源安全地線的條件下，測得接地端到電源（或負載）任一端間的電流，該值直接與接地電容的容量相關(guān)，可由以下公式得出：其中為工作頻率，C為接地電容的容量，V為線-地電壓插入耗費是衡量濾波器收效的指標。指的是在必然條件下，EMI濾波器對攪亂信號的衰減能力。它用濾波器插入前信號源直接傳達給負載的功率和插入后傳達給負載的功率的對數(shù)來描述。在50Ω系統(tǒng)內(nèi)測試時，可用下式來表示：IL=20Lg(E0/E1)其中，IL-插入耗費（單位：dB）EO-負載直接接到信號源上的電壓E1-插入濾波器后負載上的電壓天氣等級指EMI濾波器的工作環(huán)境等級，按IEC規(guī)定應(yīng)按以下方式注明：XX/XXX/XX前2位數(shù)字代表濾波器的最低工作溫度中間數(shù)字代表濾波器的最高工作溫度后2位數(shù)字代表質(zhì)量認準時在規(guī)定穩(wěn)態(tài)濕熱條件下的試驗天數(shù)絕緣電阻絕緣電阻是指濾波器相線，中線對地之間的阻值。平時用專用絕緣電阻表測試。電磁攪亂（EMI）電磁攪亂經(jīng)常與無線電頻率攪亂（RFI）交替使用。從技術(shù)上來說，EMI指的是能量形式（電磁），但是RFI指的是噪聲頻率的范圍。濾波器用以除掉EMI和RFI中的節(jié)余電磁能。頻率范圍電磁能量的頻率帶寬常用赫茲（Hz，每秒循環(huán)次數(shù)），千赫（KHz,每秒循環(huán)千次數(shù)）表示。電源濾波器的典型頻率范圍在150kHzto30MHz（高出30MHz，即為輻射）阻抗失配為了達到更好的濾波收效，要使濾波器與它的源阻抗和負載阻抗失配。以下列圖。工作頻率電源濾波器的工作頻率標稱值為50/60Hz(中國、歐洲等為50Hz;北美為60Hz)。但是，電源濾波器在直流或400Hz的情況下工作，其實不會損害其效力。二、濾波器的作用什么是射頻攪亂（RFI）？RFI是指產(chǎn)生在無線電通訊時，所用頻率范圍內(nèi)的一種節(jié)余的電磁能。傳導(dǎo)現(xiàn)象的頻率范圍介于10kHz到30MHz間；輻射現(xiàn)象的頻率范圍介于30MHz到1GHz間。為何要關(guān)注RFI？之因此必定考慮RFI，基于兩點原因：（1）他們的產(chǎn)品必定在其工作環(huán)境下正常運行，但是該工作環(huán)境經(jīng)常陪同有嚴重的RFI。（2）他們的產(chǎn)品不能夠輻射RFI，以保證不攪亂對健康及安全都至關(guān)重要的射頻（RF）通訊。法律已對可靠的RF通訊做出了規(guī)定，以保證電子設(shè)備的RFI控制。什么是RFI的流傳模式？RFI是經(jīng)過輻射（電磁波在自由空間里）進行流傳的，并經(jīng)信號線及

AC電源系統(tǒng)進行傳導(dǎo)。輻射—將RFI從電子設(shè)備輻射出去的一種最主要的媒介是AC電源線。由于AC電源線的長度達到了數(shù)字設(shè)備中及開關(guān)電源的頻率對應(yīng)波長的1/4，這正好組成了一支有效的天線。傳導(dǎo)—RFI在AC電源系統(tǒng)上是以兩種模式進行傳導(dǎo)的。共膜（不對稱）RFI是在線-地（L-G）及中性線-地（N-G）兩種路徑中出現(xiàn)，而差模（對稱）RFI則以電壓形式出現(xiàn)在線-中性線（L-N）上。4.什么是電源線攪亂濾波器？隨著現(xiàn)在世界的迅速發(fā)展，越來越多的高功率電能產(chǎn)生了，與此同時越來越多的低功率電能被用于數(shù)據(jù)的傳輸與辦理，以致于產(chǎn)生了更多的影響，甚至損壞電子設(shè)備的噪聲攪亂。電源線攪亂濾波器是一種主要的濾波手段，用以控制從電子設(shè)備進入（潛藏的設(shè)備誤動作）和出來（對其他系統(tǒng)或RF通訊潛藏的攪亂）的RFI。經(jīng)過控制RFI導(dǎo)入電源插頭，電源線濾波器還大大控制了RFI的輻射。電源線濾波器是一種以雙低通道濾波結(jié)構(gòu)排列的、多通道網(wǎng)絡(luò)無源元件。一種網(wǎng)絡(luò)用于共模衰減，另一種用于差模衰減。網(wǎng)絡(luò)在濾波器的“止頻帶”（平時在10kHz以上）內(nèi)供應(yīng)RF能量衰減，而對經(jīng)過的電流（50-60Hz）基本上不進行衰減。電源線攪亂濾波器是怎樣進行工作的？作為無源、雙邊的網(wǎng)絡(luò)，電源線攪亂濾波器擁有復(fù)合的變換特點，這種特點極大地取決于源及負載阻抗。變換特點的量值說了然濾波器的衰減性能。但是，在電源線環(huán)境中，源和負載阻抗是不確定的。因此工業(yè)上已有了考據(jù)濾波器一致性的標準做法：用50歐姆的阻性源及負載端測量衰減程度。該測量值定義為濾波器的插入耗費（I.L）I..L.=10log*(P(l)(Ref)/P(l))這里P(l)(Ref)是從源轉(zhuǎn)變到負載的功率（不帶濾波器）；P(l)是在源與負載間插入一個濾波器后的變換功率。插入耗費還可用以下電壓或電流比的形式表示：I.L.=20log*(V(l)(Ref)/V(l))I.L.=20log*(I(l)(Ref)/I(l))這里V(l)(Ref)及I(l)(Ref)是無濾波器時的測得值，V(l)及I(l)是帶濾波器時的測得值。值得引起重視的插入耗費其實不代表在電源線環(huán)境中，由濾波器供應(yīng)的RFI衰減性能。在電源線環(huán)境中，源及負載阻抗的相對量值必定進行估計，并選擇合適的濾波結(jié)構(gòu)，使在每個終端出現(xiàn)最大可能的阻抗不般配。濾波器取決于終端阻抗的這種性能，是“不般配網(wǎng)絡(luò)”看法的基礎(chǔ)。怎樣進行傳導(dǎo)試驗？傳導(dǎo)試驗需要一個沉寂的RF環(huán)境--一個障蔽罩殼-一個線阻抗牢固網(wǎng)絡(luò)，和一個RF電壓儀器（如調(diào)頻接收器或頻譜解析儀）。試驗的RF環(huán)境應(yīng)最少低于所需規(guī)范限制的20dB，以便得出精確試驗結(jié)果。需要線阻抗牢固網(wǎng)絡(luò)（LISN）來為電源線輸入建立一個所要的源阻抗，由于該阻抗直接影響到測得的輻射等級，因此是試驗程序的一個特別重要的部分。其他，測量接收器正確的寬帶也是試驗的一個要點參數(shù)。三、濾波器參數(shù)和測試方法什么是電源濾波器的重要規(guī)格參數(shù)？對供方或客戶來講，為了保證合格元件的使用不受攪亂，采用同樣的技術(shù)來考據(jù)電氣參數(shù)是相當(dāng)重要的。必定清楚理解的三種參數(shù)是：高壓測試、泄漏電流和插入耗費。怎樣測量插入耗費？最常有的設(shè)置是使電源和阻性負載阻抗均為50Ω。插入耗費的測量最重要的一點是一致性，詳盡測試方法以下：使用頻譜解析儀，或調(diào)頻接收器或追蹤發(fā)生器，在不帶濾波器時建立一個零dB參照點。爾后插入濾波器，記錄在所需頻率范圍內(nèi)供應(yīng)的衰減。對于電源線濾波器，我們感興趣的是兩種不一樣模式的衰減：共模（CM）攪亂信號--相線（L）與地（E）和中線（N）與地（E）間的信號。即圖5中的U1和U2。差模（DM）攪亂信號--相線（L）與中線（N）間的信號。即圖5中的U3。由于電源濾波器既能控制共模EMI信號，又能控制差模EMI信號，因此插入耗費也應(yīng)有共模插入耗費和差模插入耗費。在測量共模插入耗費時，將濾波器電源端的L和N并在一起，信號源接在電源端和接地端之間。同時濾波器負載端的L和N也并在一起，接收機接在電源端和接地端之間，如圖6所示。在測量差摸插入耗費時，要分別在信號源和接收機端接入不平衡-平衡變換器和平衡-不平衡變換器，如圖7所示。本手冊給出的共模和差模插入耗費是按上述規(guī)定測得的。還有其他插入耗費的測量方法，請拜會相關(guān)資料。需要說明的是，本手冊供應(yīng)的EMI濾波器的插入耗費與實質(zhì)使用的濾波器的對攪亂信號的衰減不會等同，有時還會相差甚遠。這是由于本手冊給出的插入耗費是在50Ω系統(tǒng)內(nèi)測得的，而實質(zhì)應(yīng)用時EMI濾波器端接的阻抗不是50Ω，這是產(chǎn)生差其他根本源因。插入耗費有何作用？標準插入耗費數(shù)據(jù)不能夠精確地得出濾波器在設(shè)備中的性能，但是能夠作為進料檢驗時考據(jù)產(chǎn)品吻合性的重要手段。判斷標準為：以標準方式所測得的插入耗費必定滿足或高出樣本上的數(shù)據(jù)。也就是說，“典型”插入耗費數(shù)據(jù)是沒心義的。您所測得的數(shù)據(jù)應(yīng)為最小值。樣本上的大多數(shù)插入耗費數(shù)據(jù)是其能保證的最小值，能夠測試此值，以說明元件的吻合性。什么是高壓測試高壓測試針對的是濾波器的電容組件及絕緣部分，它經(jīng)過施加一個比正常運行電壓高好多的電壓來測試。高壓測試的目的在于保證該濾波器的安全及可靠性。全部主要的安全機構(gòu)都需要對電源線濾波器進行高壓測試，別的還要求每個產(chǎn)品在生產(chǎn)時要進行高壓測試，以考據(jù)線對地元件及絕緣體的整體性。每個濾波器都經(jīng)過兩次高壓測試：一次是在組裝過程中，一次是在裝成成品后。將高壓測試作為一種進料檢驗程序，需要全面地認識其使用及限制。高壓測試時電壓施加于每根線（對VDE，兩根線綁到一起）到地和線到線、線到地電壓平時要高些。試驗電壓能夠為AC或DC，DC電壓最少是AC電壓的1.414倍。對進料檢驗試驗，我們建議使用每種濾波器說明頁上的“試驗電壓”一欄所規(guī)定的值。依照國際安全標準的規(guī)定，試驗電壓的測試步驟為1）EMI濾波器的負載端不接負載2）施加到濾波器規(guī)定端子之間的試驗電壓應(yīng)按必然的速率，漸漸高升并達到規(guī)定幅值3）在規(guī)準時間內(nèi)保持該電壓不變。在此過程中，濾波器不應(yīng)當(dāng)被擊穿。需要提請用戶注意的是：1）這些電壓可能是致命的，請采用最安全的措施來保護試驗作業(yè)者。2）不能夠在濾波器上重復(fù)多次施加試驗電壓，否則要損壞濾波器。本公司生產(chǎn)的EMI濾波器在出廠時已全部進行了2次試驗電壓的加載測試；3）試驗電壓必定按必然的速率漸漸高升，最后達到規(guī)定幅值。不能夠用直接加試電壓的方法來進行測試，即在很短的時間內(nèi)把試驗電壓從零增加到規(guī)定幅值，會損壞濾波器。4）EMI濾波器在質(zhì)量鑒準時，施加的試驗電壓時間為1分鐘，而在生產(chǎn)檢測時，施加的試驗電壓5）對線到線高壓測試：大多數(shù)濾波器擁有一個泄漏電阻（典型值為100KΩ到10MΩ）來對線到線電容放電。要保證高壓測試儀跳閘點的設(shè)置高于泄漏電阻上流過的電流：10mA平時是一個安全值。6）三相EMI濾波器的試驗電壓的試驗方法同單相EMI濾波器。什么是泄漏電流泄漏電流是電源線濾波器的一個重要參數(shù)。它雖不是產(chǎn)質(zhì)量量的一個函數(shù)，但倒是線對地電容值的一個直接函數(shù)。電容值越大，對共模電流的阻抗越小，共模攪亂控制越大。因此，泄漏電流是濾波器性能的一種指標，越高越好。安全機構(gòu)要指定最大贊同泄漏電流是為了限制預(yù)期的接地返回電流值。線對地電容對50Hz/60Hz電流供應(yīng)了流向機殼的通道。只要設(shè)備接地，這些電流將在接地回路中流動，其實不會造成危險。但是大家要知道，接地回路再可靠，也存在概率極小的無效，此時接地回路的溝通可能經(jīng)過人體。為防備這種情況的發(fā)生，最大泄漏電流參數(shù)必定要有限制，將接地返回電流限制為一安全值，典型為0.5到5.0mA。安全機構(gòu)規(guī)定的限制是基于最后用戶設(shè)備的參數(shù)，以下表所示：國家規(guī)范對1級接地設(shè)備的限制USAUL19503.5mA,120V.60HzCanadaC22.2No.9503.5mA,120V.60HzEuropeEN609503.5mA,250V.60Hz由于泄漏電流的最大本源平時是電源線濾波器，因此對濾波器自己，設(shè)置最大泄漏電流限制時要特別謹慎。在工業(yè)上有一種傾向，就是規(guī)定最小泄漏電流，以吻合全部安規(guī)要求，平時為0.5mA。這種規(guī)定不應(yīng)隨意決定，由于贊同一個較大的泄漏電流可能使濾波器的成本降低、外形減小。EMI濾波器漏電流測量步驟以下：1）EMI濾波器的負載端不接負載。為了測試安全，建議在電源端插入隔斷變壓器。2）將單刀雙擲開關(guān)S分別與濾波器的L和N端相連，在S和E端之間接毫安表。3）在EMI濾波器電源端加載額定電壓，當(dāng)S分別與L和N端接通時，從毫安表上可讀到2個漏電流數(shù)值，這兩個數(shù)值都必定小于規(guī)定的漏電流值。四、濾波器選擇和使用注意事項怎樣選擇電源線攪亂濾波器？有的顧客以為EMI濾波器的插入耗費越高越好，濾波網(wǎng)絡(luò)的級數(shù)越多越好。其實這其實不是選擇濾波器的正確方法。其他，級數(shù)越多的濾波網(wǎng)絡(luò)，價格越貴，體積和重量也越大。其實選擇和評估電源線濾波器的唯一方法是將其裝到設(shè)備進步行試驗。正如上面所提到的濾波器，性能很大程度上取決于設(shè)備負載阻抗。而不能夠單一從阻抗（50Ω）插入耗費數(shù)據(jù)來推導(dǎo)，它是一項濾波元件阻抗與設(shè)備阻抗的復(fù)雜函數(shù)，其量值及相位在頻率范圍內(nèi)有變化。濾波器選擇試驗所要求的傳導(dǎo)輻射控制（FCC，VDE）及矯捷性控制的不一樣性能等級在設(shè)備進步行?？煞袷侨繐碛型瑯与娐芳霸档臑V波網(wǎng)絡(luò),性能都同樣?全部擁有同樣電路及元件值的濾波網(wǎng)絡(luò),性能其實不同樣.元件值是在某一頻率(平時為1KHz)時指定和測得的,而濾波器的性能是在整個頻率范圍內(nèi)都需要的,而不不過在元件測量時的頻率。元件的結(jié)構(gòu)形式及接入濾波器的方法，對濾波器的性能都是相當(dāng)重要的。安裝對濾波器的性能重要嗎？安裝及接線對濾波器的性能影響較大。電源線濾波器最好安裝在設(shè)備的電源線輸入端。濾波器是高頻信號的阻擋，其作用決不能夠因失散電容耦合電源輸入線與電源輸出線或受保護設(shè)備的任何其他導(dǎo)體而無效。在安裝電源濾波器時，要注意以下幾點：1）電源濾波器的外殼與設(shè)備地之間必定有優(yōu)異的電氣連接。不要把濾波器安裝在絕緣資料板或噴漆表面上，要安裝在金屬機殼上。還要防備使用長接地線，這樣會大大增加接地電感和電阻，從而嚴重降低濾波器的共?？刂菩阅?。比較好的方法是：用金屬螺釘與彈簧（星行）墊圈將濾波器的金屬障蔽外殼牢牢固定在系統(tǒng)電源入口處的機殼上，或用銅編織麻花接地帶與地點相連。2）在捆扎設(shè)備電纜時，嚴禁將濾波器的輸入輸出電纜捆扎在一起。由于這樣加劇了濾波器輸入輸出之間的電磁耦合，嚴重損壞濾波器對EMI信號的控制能力。3）不要將濾波器安裝在設(shè)備障蔽的內(nèi)部。由于這樣，設(shè)備內(nèi)部電路及元件上的EMI信號會因輻射在濾波器的端引線上生成EMI信號而直接耦合到設(shè)備外面去，使設(shè)備障蔽喪失對內(nèi)部電路和元件產(chǎn)生的EMI輻射的控制。4）建議利用設(shè)備原有的障蔽，將濾波器的輸入輸出端有效的隔走開來，將濾波器輸入輸出端間可能存在的電磁耦合控制到最低程度。一般濾波器的殼體是接到所保護設(shè)備的框架或機殼上，線側(cè)導(dǎo)線應(yīng)保持短小并與負載側(cè)導(dǎo)線很好地隔離。理想的隔斷系統(tǒng)是壁裝濾波器，帶有進線插座。濾波器的建議安裝方式和注意事項以下：阻抗失配介紹圖五、濾波器的安全認證為何要考慮安規(guī)要求？在AC電源系統(tǒng)中，全部元件包括電源濾波器，都必定是安全的，沒有潛藏的火災(zāi)或電擊隱患。像UL，CSA，VDE這些不一樣的安全機構(gòu)規(guī)定的標準，為設(shè)計員供應(yīng)了確定安全及可靠元件的指南。有這些安全機構(gòu)認證標志的元件是按這些標準設(shè)計并制造。濾波器的相關(guān)安規(guī)標準有哪些？1）IEC939-1：控制射頻攪亂整件濾波器第一部分:總規(guī)范（對應(yīng)GB/T15287GB15287-1994）2）IEC939-2：控制射頻攪亂整件濾波器第二部分:分規(guī)范試驗方法的選擇和一般要求（對應(yīng)GB/T15288GB15288-1994）3）UL1283：電磁攪亂濾波器4）：電磁攪亂濾波器5）CISPR－17：無源無線電攪亂濾波器和控制元件控制特點的測量方法產(chǎn)品類（對應(yīng)GB7374）6）UL1414：無線電通訊類設(shè)備的電容與攪亂控制器標準7）IEC335－1：家用或類似電器設(shè)備的安全.第一部分:總規(guī)范8）EN60939：控制射頻攪亂整件濾波器9）EN60384-14：電子設(shè)備用固定電容器第14部分:控制射頻攪亂用固定電容器:試驗方法的選擇和一般要求10）GB7343：10KHz-30MHz無源無線電攪亂濾波器和控制元件控制特點的測量方法安規(guī)認證的標志和對應(yīng)的標準UL認證UL1283CSA認證Semko認證EN60939VDE認證EN60939電源濾波器的基本源理電源濾波器是由電感和電容組成的低通濾波電路所組成，它贊同直流或50Hz電流經(jīng)過，對頻率較高的攪亂信號則有較大的衰減。由于攪亂信號有差模和共模兩種，因此電源濾波器要對這兩種攪亂都擁有衰減作用。電源濾波器的主要指標當(dāng)我們采用電源濾波器時，應(yīng)主要考慮三個方面的指標；第一是電壓/電流，其次是插入耗費，最后是結(jié)構(gòu)尺寸。由于濾波器內(nèi)部一般是經(jīng)過灌封辦理的，因此環(huán)境特點不是主要問題。但是全部的灌封資料和濾波電容器的溫度特點對電源濾波器的環(huán)境特點有必然的影響。a）電壓、電流對使用收效的影響電源有溝通直流之分，與此相對應(yīng)，好多廠家的電源濾波器也分為溝通和直流兩種。從原理上講，溝通電源濾波器既可用在溝通電源上，也可在直流電源上使用；但直流電源濾波器不能夠用在溝通的場合，這主要由于直流濾波器中的電容器的耐壓較低，而且有可能其溝通耗費較大，以致過熱。即使直流濾波器耐壓沒有問題，由于直流濾波器中使用了容量較大的共模濾波電容器，若是在溝通的場合會產(chǎn)生漏電流超標的問題。因此，直流電源濾波器絕對不能夠用在溝通的場合。溝通濾波器用在直流場合，從安全的角度看沒有問題，但要付出成本和體積的代價；在樣機階段，若是手頭正好有溝通濾波器，能夠代替直流濾波器。當(dāng)電源濾波器的工作電流高出額定電流時，不但會造成濾波器過熱，而且會以致濾波器的低頻濾波性能降低。這是由于濾波器中的電感在較大電流的情況下，磁芯會發(fā)生飽和現(xiàn)象，使實質(zhì)電感量減小。因此，確定濾波器的額定工作電流時，要以設(shè)備的最大工作電流為準，保證濾波器在最大電流狀態(tài)下?lián)碛袃?yōu)異的性能，否則當(dāng)攪亂在最大工作電流狀態(tài)下出現(xiàn)時，設(shè)備會碰到攪亂或傳導(dǎo)發(fā)射超標。在確定濾波器的額定電流時，要留有必然的余量；特別是人們習(xí)慣上對溝通電稱“有效值”，而不是溝通電的“峰值”，留有必然余量是特別有必要的。一般濾波器的額定電流值應(yīng)取實質(zhì)電流值的1.5倍。插入耗費對使用收效的影響：從控制攪亂的角度考慮，插入耗費是最重要的指標。插入耗費分為差模插入耗費和共模插入耗費。采用電源濾波器是怎樣確定所需要的插入耗費第一在設(shè)備的電源入口處不安裝濾波器，對設(shè)備進行傳導(dǎo)發(fā)射和傳導(dǎo)敏感度的測量，并與要滿足的標準進行比較，看兩者之間相差多少分貝，濾波器的作用是彌補上這個差距。以控制設(shè)備的傳導(dǎo)發(fā)射為例，給出了確定濾波器插入耗費的過程。第一將設(shè)備的傳導(dǎo)發(fā)射值最大包絡(luò)線（a）與標準給出的限制值線（b）對照較，計算其差值獲取需要的插入耗費值（c）。由于電源濾波器是低通濾波器將插入耗費線（c）變換為低通濾波器插入耗費的形式（d），（d）就是濾波器需要的插入耗費值。注意:（d）其實不是低頻濾波器的特點，而是一個帶阻濾波器的特點，這是考慮到實質(zhì)濾波器的非理想性。但若是從廠家的產(chǎn)品樣本上選擇插入耗費值滿足（d）的濾波器，十有八九會失敗。由于廠家產(chǎn)品樣本上的數(shù)據(jù)是在濾波器兩端阻抗為50Ω的條件下測得的，而實質(zhì)使用條件其實不是這樣。因此在實質(zhì)使用條件下，濾波器的插入耗費會有所降低。為了保險起見，在從產(chǎn)品樣本中選擇濾波器時，應(yīng)加20dB的余量，這就獲取了（e）。從樣本上選擇濾波器，其插入耗費應(yīng)滿足