《工程電磁兼容》課件第8章

第八章濾波技術(shù)及其應(yīng)用

8.1濾波器的工作原理和類型

8.2濾波器的特性

8.3反射式濾波器

8.4吸收式濾波器

8.5電源線濾波器

8.6濾波器的安裝

濾波技術(shù)(FilteringTechnique)是抑制電氣、電子設(shè)備傳導(dǎo)電磁干擾，提高電氣、電子設(shè)備傳導(dǎo)抗擾度水平的主要手段，也是保證設(shè)備整體或局部屏蔽效能的重要輔助措施。濾波的實質(zhì)是將信號頻譜劃分成有用頻率分量和干擾頻率分量兩個頻段，剔除干擾頻率分量部分。濾波技術(shù)的基本用途是選擇信號和抑制干擾。為實現(xiàn)這兩大功能而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)稱為濾波器。本章從濾波器件的應(yīng)用角度出發(fā)，著重介紹濾波器件的特性、類型、應(yīng)用場合、選用、安裝等內(nèi)容。

8.1.1濾波器的工作原理

在一定的通頻帶內(nèi)，濾波器的衰減很小，能量可以很容易地通過，在此通頻帶之外則衰減很大，抑制了能量的傳輸。因此，凡與需要傳輸?shù)男盘栴l率不同的騷擾，都可以采用濾波器加以抑制。濾波器將有用信號的頻譜和騷擾的頻譜隔離得越完善，抑制電磁騷擾的效果越好。

8.1濾波器的類型

圖8-1濾波器按用途分類8.1.2濾波器的類型

濾波器的種類很多。根據(jù)濾波原理可分為反射式濾波器(ReflectiveFilter)和吸收式濾波器(DissipativeFilter)。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為Butterworth、Tchebycheff、Butterworth-Thompson、Elliptic等類型。根據(jù)工作條件可分為有源濾波器(ActiveFilter)和無源濾波器(PassiveFilter)。根據(jù)頻率特性可分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器(Low-passFilter、High-passFilter、Band-passfilter、Band-rejectFilter)。根據(jù)使用場合可分為電源濾波器、信號濾波器、控制線濾波器、防電磁脈沖濾波器、防電磁信息泄露專用濾波器、印刷電路板專用微型濾波器等。根據(jù)用途可分為信號選擇濾波器和電磁干擾濾波器兩大類，如圖8-1所示。信號選擇濾波器是指能有效去除不需要的信號分量，同時對被選擇信號的幅度、相位影響最小的濾波器；電磁干擾濾波器(EMIFilter)是以能夠有效抑制電磁干擾為目標的濾波器。

8.1.3EMI濾波器的特點

電磁干擾濾波器與常規(guī)濾波器相比，具有以下特點：

①電磁干擾濾波器往往在阻抗失配的條件下工作。電磁騷擾源的頻率阻抗特性變化范圍很寬，其阻抗通常是整個頻段的函數(shù)。由于經(jīng)濟和技術(shù)上的原因，不可能設(shè)計出全頻段阻抗匹配的電磁干擾濾波器。

②騷擾源的電平變化幅度大，有可能使電磁干擾濾波器出現(xiàn)飽和效應(yīng)。

③電磁騷擾源的頻帶范圍很寬，其高頻特性非常復(fù)雜，難以用集總參數(shù)電路來模擬濾波電路的高頻特性。

④工作頻帶內(nèi)必須具有較高的可靠性。由于電磁騷擾源工作頻率范圍寬，具有大電流脈沖，所以必須選擇具有良好性能的濾波元件。濾波器的布局、濾波器與設(shè)備的連接不能引入附加的電磁干擾。

描述濾波器特性的技術(shù)指標包括插入損耗、頻率特性、阻抗特性、額定電壓、額定電流、外型尺寸、工作環(huán)境、可靠性、體積和重量等。下面介紹其中幾個主要特性。

8.2濾波器的特性

1.插入損耗(InsertionLoss)

插入損耗是衡量濾波器的主要性能指標，濾波器濾波性能的好壞主要是由插入損耗決定的。因此，在選購濾波器時，應(yīng)根據(jù)干擾信號的頻率特性和幅度特性進行選擇。

濾波器的插入損耗由下式表示：

式中：IL表示插入損耗；U1表示信號源(或者干擾源)與負載阻抗(或者干擾對象)之間沒有接入濾波器時，信號源在負載阻抗上產(chǎn)生的電壓；U2表示信號源與負載阻抗間接入濾波器時，信號源通過濾波器在同一負載阻抗上產(chǎn)生的電壓。

濾波器的插入損耗值與信號源頻率、源阻抗、負載阻抗、工作電流、工作環(huán)境溫度、自身的體積和重量等因素有關(guān)。

2.頻率特性

濾波器的插入損耗隨頻率的變化即頻率特性。信號無衰減地通過濾波器的頻率范圍稱為通帶，而受到很大衰減的頻率范圍稱為阻帶。根據(jù)頻率特性，可把濾波器大體上分為四種：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器等。表8-1給出了這四種濾波器的頻率特性曲線。濾波器的頻率特性又可用中心頻率、截止頻率、最低使用頻率和最高使用頻率等參數(shù)反映。

表8-1濾波器的頻率特性

必須注意，濾波器產(chǎn)品說明書給出的插入損耗曲線，都是按照有關(guān)標準的規(guī)定，在源阻抗等于負載阻抗且都等于50Ω時測得的。實際應(yīng)用中，EMI濾波器輸入端和輸出端的阻抗不一定等于50Ω，所以，這時EMI濾波器對騷擾信號的實際衰減與產(chǎn)品說明書給出的插入損耗衰減不一定相同，有可能相差甚遠。

3.阻抗特性

濾波器的輸入阻抗、輸出阻抗直接影響濾波器的插入損耗特性。在許多使用場合，出現(xiàn)濾波器的實際濾波特性與生產(chǎn)廠家給出的技術(shù)指標不符，這主要是由濾波器的阻抗特性決定的。因此，在設(shè)計、選用、測試濾波器時，阻抗特性是一個重要技術(shù)指標。使用EMI濾波器時，遵循輸入、輸出端最大限度失配的原則，以求獲得最佳抑制效果。相反地，信號選擇濾波器需要考慮阻抗匹配，以防止信號衰減。

4.額定電流

額定電流是濾波器工作時，不降低濾波器插入損耗性能的最大使用電流。一般情況下，額定電流越大，濾波器的體積、重量和成本越大；使用溫度越高，工作頻率越高，其允許的工作電流越小。

5.額定電壓

額定電壓是指輸入濾波器的最高允許電壓值。若輸入濾波器的電壓過高，會使濾波器內(nèi)部的元件損壞。

6.電磁兼容性

EMI濾波器一般是用于消除不希望有的電磁干擾，其本身不會存在干擾問題，但其抗干擾性能的高低，直接影響設(shè)備的整體抗干擾性能?？垢蓴_性能突出體現(xiàn)在濾波器對電快速脈沖群、浪涌、傳導(dǎo)干擾的承受能力和抑制能力。

7.安全性能

濾波器的安全性能，如耐壓、漏電流、絕緣、溫升等性能，應(yīng)滿足相應(yīng)的國家標準要求。

8.可靠性

可靠性也是選擇濾波器的重要指標。一般說來，濾波器的可靠性不會影響其電路性能，但影響其電磁兼容性。因此，只有在電磁兼容性測試或者實際使用過程中，才會發(fā)現(xiàn)問題。

9.體積與重量

濾波器的體積與重量取決于濾波器的插入損耗、額定電流等指標。一般情況下，額定電流越大，其體積與重量越大；插入損耗越高，要求濾波器的級數(shù)越多，同時使濾波器的體積與重量增加。

反射式濾波器的工作原理是把不需要的頻率成分的能量反射回信號源或者騷擾源，而讓需要的頻率成分的能量通過濾波器施加于負載，以達到選擇和抑制信號的目的。反射式濾波器通常由電抗元件(如電感器、電容器)組合構(gòu)成無源網(wǎng)絡(luò)。理想情況下，電感器和電容器是無耗元件。反射式濾波器在通帶內(nèi)提供低的串聯(lián)阻抗和高的并聯(lián)阻抗，而在阻帶內(nèi)提供高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，也就是說，對騷擾電流建立一個高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗通路。

8.3反射式濾波器

1.低通濾波器

低通濾波器是電磁兼容工程中使用最多的一種濾波器，主要用來抑制高頻傳導(dǎo)電磁騷擾。例如，電源濾波器就是低通濾波器，當直流或者工頻電流通過電源濾波器時，沒有明顯的能量衰減，而當其頻率高于工頻的信號通過電源濾波器時，則存在顯著的能量衰減。

低通濾波器的種類很多，按其電路結(jié)構(gòu)，常見形式有并聯(lián)電容濾波器(ShuntCapacitorFilter)、串聯(lián)電感濾波器(SeriesInductorFilter)、L型濾波器(L-SectionFilter)、Π型濾波器(Π-SectionFilter)、T型濾波器(T-SectionFilter)等，這些低通濾波器的電路結(jié)構(gòu)和插入損耗如下所述。

(1)并聯(lián)電容濾波器是最簡單的低通EMI濾波器，通常連接于攜帶干擾的導(dǎo)線與回路地線之間，如圖8-2所示。它用來旁路高頻能量，流通期望的低頻能量或者信號電流。其插入損耗為

IL＝10lg[1+(pfRC)2]dB (8-1)

式中：f表示頻率；R表示激勵源電阻或者負載電阻；C表示濾波器電容。實際上，電容器包含串聯(lián)電阻和電感。這些非理想影響是電容器極板電感、引線電感、極板電阻、引線與極板的接觸電阻產(chǎn)生的結(jié)果。不同類型的電容器的電阻性、電感性影響是不同的。由于這些電感性影響，電容器呈現(xiàn)諧振。低于諧振頻率時，濾波器呈現(xiàn)容抗；高于諧振頻率時，濾波器呈現(xiàn)感抗。作為濾波器元件，不同類型的電容器特性描述如下。MetalizedPaperCapacitor具有小的物理尺寸，射頻旁路能力差(因為引線與電容器之間有高接觸電阻)。在小于20MHz的頻率范圍內(nèi)，可以使用StandardWoundAluminumFoilCapacitor，超出此頻率范圍，電容和引線長度限制其使用。云母和陶瓷電容器(MicaandCeramicCapacitor)的容量與體積的比值很高，串聯(lián)電阻小，電感值小，具有相當穩(wěn)定的頻率、容量特性，適用于電容量小、工作頻率高(高于200MHz)的場合。穿芯電容器(Feed-throughCapacitor)高頻性能好，具有大約1GHz以上的諧振頻率，電感值小，工作電流和電壓可以很高，有三個端子。電解電容器(ElectrolyticCapacitor)用于直流濾波。電解電容器是單極器件，其高損耗因數(shù)或者串聯(lián)電阻使其不能作為射頻濾波元件。直流電源輸出端的射頻旁路需要使用電解電容器。鉭電解電容器的容量與體積的比值大，串聯(lián)電阻、電感小，溫度穩(wěn)定性好，適用于工作頻率小于25kHz的場合。

圖8-2并聯(lián)電容濾波器

圖8-3串聯(lián)電感濾波器

(2)串聯(lián)電感濾波器是低通濾波器的另一簡單形式，在其電路構(gòu)成上，電感器與攜帶干擾的導(dǎo)線串聯(lián)連接，如圖8-3所示。其插入損耗為

(8-2)

式中：L表示濾波器的電感，單位為H；R表示激勵源電阻或者負載電阻，單位為Ω；f表示頻率，單位為Hz。

實際上，電感器具有串聯(lián)電阻和繞線間的電容。繞線電容產(chǎn)生自諧振。低于此諧振頻率，電感器提供感抗；高于諧振頻率，電感器作為容抗出現(xiàn)。因此，在高頻段，普通電感器不是一個好的濾波器。

(3)L型濾波器(L-SectionFilter)的電路結(jié)構(gòu)如圖8-4所示。如果源阻抗與負載阻抗相等，L型濾波器的插入損耗與電容器插入線路的方向無關(guān)。當源阻抗不等于負載阻抗時，通常將獲得最大插入損耗。電容器并聯(lián)，阻抗更高。

對于L型濾波器,源阻抗與負載阻抗相等時的插入損耗為

(8-3)

圖8-4L型濾波器(4)Π型濾波器(Π-SectionFilter)的電路結(jié)構(gòu)如圖8-5所示，是實際中使用最普遍的形式。其優(yōu)勢包括容易制造、寬帶高插入損耗和適中的空間需求。

Π型濾波器的插入損耗為

(8-4)

Π型濾波器抑制瞬態(tài)干擾不是十分有效。采用金屬殼體屏蔽濾波器能夠改善Π型濾波器的高頻性能。對于非常低的頻率，使用Π型濾波器可提供高衰減，如屏蔽室的電源線濾波。

圖8-5Π型濾波器

圖8-6T型濾波器

(5)T型濾波器(T-SectionFilter)的電路結(jié)構(gòu)如圖8-6所示。T型濾波器能夠有效地抑制瞬態(tài)干擾，主要缺點是需要兩個電感器，使濾波器的總尺寸增加。

T型濾波器的插入損耗為

(8-5)

2.高通濾波器

高通濾波器主要用于從信號通道中排除交流電源頻率以及其它低頻干擾。高通濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與低通濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有對稱性，只要把低通濾波器相應(yīng)位置上的電感器換成電容器(此電容器的電容值等于電感器的電感值的倒數(shù))，把電容器換成電感器(此電感器的電感值等于電容器的電容值的倒數(shù))，低通濾波器就轉(zhuǎn)換成高通濾波器。即把每個電感L(H)轉(zhuǎn)換成數(shù)值為1/L(F)的電容，把每個電容C(F)轉(zhuǎn)換成數(shù)值為1/C(H)的電感。這一過程可以表示為

圖8-7給出了一個低通濾波器轉(zhuǎn)換成具有對稱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高通濾波器的例子。

圖8-7低通濾波器向高通濾波器的轉(zhuǎn)換

3.帶通濾波器與帶阻濾波器

帶通濾波器是對通帶之外的高頻或者低頻干擾能量進行衰減，允許通帶內(nèi)的信號無衰減地通過。帶阻濾波器的頻率特性與帶通濾波器的頻率特性正好相反。

反射式濾波器的應(yīng)用選擇，由濾波器型式、源阻抗和負載阻抗之間的組合關(guān)系確定。使用電源干擾抑制濾波器時，遵循輸入端、輸出端最大限度失配的原則，以求獲得最佳抑制效果，如表8-2所示。當源阻抗和負載阻抗都比較小時，應(yīng)選用T型或者串聯(lián)電感型濾波器；當源阻抗和負載阻抗都比較大時，應(yīng)選用Π型濾波器或者并聯(lián)電容濾波器；當源阻抗和負載阻抗相差較大時，應(yīng)選用L型濾波器。

表8-2濾波器的選用

吸收式濾波器又名損耗濾波器。它將信號中不需要的頻率分量的能量消耗在濾波器中(或被濾波器吸收)，而允許需要的頻率分量通過，來達到抑制干擾之目的。吸收式濾波器由有耗元件構(gòu)成。

8.4吸收式濾波器

盡管一些反射式濾波器的輸入阻抗、輸出阻抗在理論上可在一個相當寬的頻率范圍內(nèi)與指定的源阻抗、負載阻抗相匹配，但在實際中這種匹配情況往往不存在。例如，電源濾波器幾乎總不能實現(xiàn)與其連接的電源線阻抗的匹配。另一個例子是發(fā)射機諧波濾波器的設(shè)計，一般是使其在基頻上與發(fā)射機的輸出阻抗相匹配，而不一定在其諧波頻率上匹配。正因為存在這種失配，很多時候當把一個反射式濾波器插入攜帶干擾的傳輸線路時，實際上將在線路上會形成干擾的增加而不是減少。這個缺陷存在于所有低耗元件構(gòu)成的濾波器中。這正是反射式濾波器的缺點——阻抗失配。濾波器的輸入阻抗和源阻抗不匹配時，一部分有用信號的能量將被反射回源，這導(dǎo)致干擾電平的增加而不是減少，因而導(dǎo)致了吸收式濾波器的研制、應(yīng)用。

吸收式濾波器通常做成具有媒質(zhì)填充或涂覆的傳輸線形式，媒質(zhì)材料可以是鐵氧體材料或者其它有耗材料。因此，這種濾波器又稱為有耗濾波器。例如一段短的鐵氧體管，在其內(nèi)、外表面上，以緊密接觸沉積導(dǎo)電的銀涂層，形成同軸傳輸線的內(nèi)、外導(dǎo)線。這樣制成的一段同軸傳輸線，其損耗很大，既有電損耗又有磁損耗，且損耗隨著頻率的增加而迅速增加,因此，可以作為低通濾波器，廣泛地用于對電源線的濾波。圖8-8示出了兩個鐵氧體管制成的吸收式濾波器的插入損耗特性。兩個鐵氧體管外徑均為1.5cm，內(nèi)徑均為0.95cm，一個長度為7.5cm，另一個長度為15cm。由圖可見，此濾波器的截止頻率與鐵氧體管的長度成反比，插入損耗與鐵氧體管的長度成正比。

圖8-8鐵氧體管的插入損耗與頻率的關(guān)系吸收式濾波器的缺點在于濾波器通帶內(nèi)有一定的插入損耗，這是由吸收式濾波器中的有耗媒質(zhì)引起的。因此，必須選擇合適的損耗材料，合理的設(shè)計吸收式濾波器，以減少濾波器通帶內(nèi)的損耗。

1.電纜濾波器

將鐵氧體材料填充在電纜里可以制成電纜濾波器。例如，將鐵氧體材料填充在同軸線內(nèi)、外導(dǎo)體間，可以構(gòu)成有耗同軸電纜，如圖8-9所示。電纜濾波器的特點是體積小，具有理想的高頻衰減特性，只需較短的一段有耗電纜就可以獲得預(yù)期的濾波效果。

吸收式濾波器與反射式濾波器串聯(lián)起來組合使用，可達到更好的濾波效果。按此方法構(gòu)成的濾波器，既有陡峭的頻率特性，又有很高的阻帶衰減。例如，在低通反射式濾波器前面接入一小段同軸線，在同軸線內(nèi)、外導(dǎo)體之間填充6∶1的鐵粉和環(huán)氧樹脂組合介質(zhì)材料。這一組合濾波器的頻率特性如圖8-10所示。

圖8-9有耗同軸電纜的典型結(jié)構(gòu)

圖8-10接入有耗線后低通反射式濾波器的頻率特性

2.濾波連接器

將鐵氧體直接組裝到電纜連接器內(nèi)可以構(gòu)成濾波連接器，如圖8-11所示。它在100MHz～10GHz的頻率范圍內(nèi)可獲得60dB以上的衰減。

圖8-11常用損耗濾波器結(jié)構(gòu)

圖8-12鐵氧體磁環(huán)

3.鐵氧體磁環(huán)

管狀鐵氧體磁環(huán)(如圖8-12所示)提供了一種抑制通過導(dǎo)線的不需要的高頻騷擾的既簡便又經(jīng)濟的方法。當導(dǎo)線穿過磁環(huán)時，在磁環(huán)附近的一段導(dǎo)線將具有單匝扼流圈的特性，低頻時具有低阻抗。這個阻抗隨著流過電流的頻率的升高而增大，在一個寬的高頻帶內(nèi)，具有適中的高阻抗,以抑制高頻電流的通過。因此，用鐵氧體磁環(huán)可以構(gòu)成低通濾波器。

加長磁環(huán)或者將幾個磁環(huán)同時穿入導(dǎo)線，則這段導(dǎo)線的等效電感值和電阻值將隨著磁環(huán)長度的增加而增大。如果將導(dǎo)線繞上幾圈穿過磁環(huán)，則總電感值和總電阻值將隨圈數(shù)的平方而增大。但是，圈數(shù)增加，匝間分布電容的存在和增加，會導(dǎo)致高頻抑制作用隨之下降，所以多匝線圈的應(yīng)用，只在相對低的頻率上最有效。

鐵氧體磁環(huán)最適合于用來吸收由開關(guān)瞬態(tài)或者電路中的寄生響應(yīng)所產(chǎn)生的高頻振蕩，也可以用來抑制輸入、輸出的高頻騷擾。當所抑制的信號頻率超過1MHz時，抑制效果相當明顯。當在有直流電流通過的電路上使用鐵氧體磁環(huán)時，必須保證通過的電流不會使鐵氧體材料達到磁飽和。

4.穿芯電容器

穿芯電容器(如圖8-13所示)由金屬薄膜卷繞而成，其中一個端片和中心導(dǎo)電桿焊在一起，另一端片與電容器外殼焊在一起作為接地端。穿芯電容器是一種短引線電容器，它的特殊結(jié)構(gòu)使其自諧振頻率可達1GHz以上，因此可以用于高頻濾波。穿芯電容器價格低廉，安裝方便，在電磁兼容性工程中應(yīng)用廣泛。穿芯電容器通常安裝在用電設(shè)備的導(dǎo)電外殼上，并且將穿芯電容器的外殼極與用電設(shè)備的接地金屬外殼連接，另一導(dǎo)電桿串聯(lián)在導(dǎo)線上，使穿芯電容器對干擾信號起到旁路作用。穿芯電容器常作為電源中共模干擾的高頻濾波。

圖8-13穿芯電容器穿芯電容器與鐵氧體磁環(huán)結(jié)合構(gòu)成的高頻濾波電路，常用于抑制電源線上的共模高頻干擾。例如，電動機的控制線路中，由電動機碳刷滑動接觸發(fā)射的高頻輻射和傳導(dǎo)干擾，將向外輻射或者通過接線端傳導(dǎo)至低電平電路。為防止輻射干擾，應(yīng)采用金屬屏蔽體將電動機屏蔽，然后將穿芯電容器和磁環(huán)連接于導(dǎo)線上以抑制電動機產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，如圖8-14所示。

圖8-14穿芯電容器與鐵氧體磁環(huán)的組合應(yīng)用

強制性的傳導(dǎo)發(fā)射標準主要體現(xiàn)在電源線上，因此，許多制造商將用于設(shè)備電源輸入端的濾波器作為一個獨立的器件，開發(fā)了各種尺寸、各種電路結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。在電子設(shè)備供電電源(例如220V/50Hz)上，存在各種形式的電磁騷擾。圖8-15(a)是用示波器觀察到的220V/50Hz的電源線上存在的實際騷擾信號，圖8-15(b)是在2ms時間內(nèi)記錄到的隨機騷擾信號。從圖中清楚地看到，50Hz上疊加有持續(xù)時間小于5μs、幅度大于50V的尖峰信號。我們把這類信號稱為來自電子設(shè)備外部的傳導(dǎo)騷擾信號。另一方面，許多電子設(shè)備在完成其功能的同時，也產(chǎn)生傳導(dǎo)騷擾信號。8.5電源線濾波器

圖8-15電源線上的傳導(dǎo)騷擾信號電源線濾波器(PowerLineFilter)又稱為電源濾波器、電源噪聲濾波器和在線濾波器等。電源線濾波器實際上是一種低通濾波器，它毫無衰減地把直流、50Hz、400Hz等直流或者低頻電源功率傳送到用電設(shè)備，卻顯著地衰減經(jīng)電源線傳入的傳導(dǎo)騷擾信號，保護用電設(shè)備免受其害，同時又能大大抑制用電設(shè)備本身產(chǎn)生的傳導(dǎo)騷擾信號，防止其進入電源，危害其它設(shè)備。

8.5.1共模干擾和差模干擾

電力電源線攜帶的電磁騷擾分為兩類：共模電流/電壓、差模電流/電壓。共模干擾(Common-modeInterference)定義為任何載流導(dǎo)體與參考地之間的不希望有的電位差；差模干擾(Differential-modeInterference)定義為任何兩個載流導(dǎo)體之間的不希望有的電位差。因此，參考圖8-16所示的三根導(dǎo)線，共模電壓Uc和差模電壓Ud為

(8-6)

圖8-16共模和差模干擾

(8-7)

式中：UPG是相線(PhaseWire)與地線(GroundWire)之間的電壓；

UNG是中線(NeutralWire)與地線之間的電壓。由圖8-16可見，來自源經(jīng)相線和中線的差模干擾電流Ic經(jīng)地線離開負載返回，來自源經(jīng)相線的差模干擾電流Id經(jīng)中線離開負載返回。

任何電源系統(tǒng)內(nèi)的傳導(dǎo)騷擾，都可用共模騷擾和差模騷擾來表示，并且可以將相線-地線、中線-地線間/上的共模騷擾信號，相線-中線間/上的差模騷擾信號，看作獨立的騷擾源，將相線-地線、中線-地線和相線-中線看作獨立網(wǎng)絡(luò)端口，以便分析騷擾信號和相關(guān)的濾波網(wǎng)絡(luò)。

8.5.2電源線濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

如前所述，電源線上呈現(xiàn)的干擾有兩部分：共模電流和差模電流。為了抑制中線-地線和相線-中線間的共模干擾和差模干擾，電源線濾波器由許多LC低通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，分為共模濾波網(wǎng)絡(luò)(如圖8-17所示)和差模濾波網(wǎng)絡(luò)(如圖8-18所示)。

圖8-17共模濾波器

1.共模濾波器

通常，采用電容器位于負載端、電感器位于源端的LC濾波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造共模濾波器(Common-modeFilter)。為了增加衰減，實現(xiàn)理想的頻率特性，可以級連幾個LC濾波網(wǎng)絡(luò)。圖8-17中的電容器Cy旁路對地的共模電流；電容器Cx旁路相線-中線上的共模電流，防止此共模電流到達負載。需要低源阻抗時，可以采用一個T型低通濾波器。

由于高源阻抗的存在，所以在濾除共模干擾的過程中，采用大的相線-地線電容很有必要。然而這樣的大電容會導(dǎo)致地線中的高漏電電流，從而產(chǎn)生電位沖擊危害。因此，電氣安全機構(gòu)對相線-地線電容器的最大值、取決于線電壓的最大允許漏電電流值進行了限值。為了避免放電電流引起的沖擊危害，相線-相線電容器Cx必須小于0.5μF。另外，應(yīng)增加一個泄流電阻，在沖擊危害出現(xiàn)后，以使交流插頭兩端的電壓小于34V。

共模濾波器的衰減在低頻主要由電感器產(chǎn)生，而在高頻大部分由電容器Cy旁路實現(xiàn)。在高頻，電容器Cy的引線電感引起的諧振效應(yīng)具有十分重要的意義。應(yīng)用陶瓷電容器可以降低引線電感。

2.差模濾波器

圖8-18所示是采用電容器位于負載端，電感器位于源端的LC濾波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的差模濾波器(Differential-modeFilter)。電感器對差模干擾產(chǎn)生衰減，并聯(lián)電容器Cx旁路差模干擾電流并防止它們到達負載。

圖8-18差模L型濾波器

圖8-19組合差模共模濾波器

3.組合差模共模濾波器

實際上，電源線上往往同時存在共模干擾和差模干擾，因此，實用的電源線濾波器是由共模濾波電路和差模濾波電路組合構(gòu)成的濾波器。圖8-19示出了一個組合差模共模濾波器(CombinedCMandDMFilter)的典型電路結(jié)構(gòu)。首先用L型濾波器濾除差模干擾，接著用具有平衡、非平衡電感器(BalunInductor)的Π型濾波器濾除共模干擾。圖8-地線之間的漏電電流和中線-地線之間的漏電電流。

電感器由兩個繞在同一磁環(huán)上的兩個獨立線圈(稱為共模線圈)組成。這兩個獨立線圈所繞圈數(shù)相同，繞向相反，致使濾波器接入電路后，兩個線圈內(nèi)電流產(chǎn)生的磁通在磁環(huán)內(nèi)相互抵消，不會使磁環(huán)達到磁飽和狀態(tài)，從而使兩個線圈的電感值保持不變。但是，由于各種原因，例如磁環(huán)材料的非均勻性、兩個線圈繞制的非對稱性等，使兩個線圈的電感值不相等。兩個線圈的電感值之差，稱為差模電感。差模電感和Cx又組成相線-中線獨立端口間的一個低通濾波器，抑制電源線上的差模干擾，從而實現(xiàn)對電源系統(tǒng)的騷擾信號的抑制，保護電源系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備不受其影響。

圖8-19的濾波器電路是無源網(wǎng)絡(luò)，具有互易性。當其安裝在供電電源與電子設(shè)備之間后，它既能有效地抑制電源線上存在的干擾信號傳入設(shè)備，又能大大衰減電子設(shè)備工作時本身產(chǎn)生的傳導(dǎo)騷擾傳向電源。實際應(yīng)用中，要達到有效地抑制騷擾信號的目的，必須對濾波器兩端將要連接的源阻抗和負載阻抗進行合理選擇(具體選擇見表8-2)。

濾波器對電磁干擾的抑制作用不僅取決于濾波器本身的設(shè)計和它的實際工作條件，而且在很大程度上還取決于濾波器的安裝。濾波器的安裝正確與否對其插入損耗