中頻發(fā)電機(jī)對(duì)檢測(cè)裝置的干擾剖析及EMI濾波器的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的是低源阻抗、高負(fù)載阻抗，采用先串電感后并電容的反r型濾波電路。為了在阻帶內(nèi)獲得最大衰減，濾波器輸入端阻抗需與之連接的噪聲源阻抗相反，即對(duì)中頻發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的低阻抗噪聲源，濾波器需呈現(xiàn)高阻抗(大的串聯(lián)電感)。在檢測(cè)裝置所關(guān)注的低頻噪聲頻段，要增加濾波器對(duì)較低頻率干擾的衰減，需要大的濾波電感和電容。
由于共模干擾和差模干擾具有不同的干擾特點(diǎn)，噪聲濾波器設(shè)計(jì)需要采用不同的結(jié)構(gòu)來對(duì)噪聲干擾進(jìn)行抑制。中頻發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的噪聲以共模干擾為主，共模干擾濾波電路是在電源線的輸入上均串入共模電感，即共模扼流圈。共模扼流圈是以鐵氧體(或更高導(dǎo)磁率的超微晶磁材)為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)匝數(shù)相同并對(duì)稱地繞制在同一個(gè)環(huán)形磁芯上的線圈構(gòu)成，如圖5所示，形成一個(gè)四端器件，要對(duì)于共模信號(hào)呈現(xiàn)出的大電感具有抑制作用，而對(duì)于差模信號(hào)呈現(xiàn)出的很小的漏電感幾乎不起作用。
(a)共模電流通過時(shí) (b)差模電流通過時(shí)

共模扼流圈的原理是流過共模電流時(shí)磁環(huán)中的磁通方向相同(磁通方向根據(jù)文獻(xiàn)[4]判別)，因而相互疊加(φ1+φ2)，從而具有相當(dāng)大的電感量，對(duì)共模電流起到抑制作用(圖5(a))，而當(dāng)兩線圈流過差模電流時(shí)，磁環(huán)中的磁通方向相反，因而相互抵消(φ1-φ2)，幾乎沒有電感量，所以差模電流可以無衰減地通過(圖5(b))。因此共模電感在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號(hào)，而對(duì)線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘?hào)無影響。對(duì)于中頻發(fā)電機(jī)輸出來說，任何時(shí)候電源線之間的電流都是大小相等，方向相反的(圖5(b))，磁芯中的磁通相互抵消，線圈不呈現(xiàn)阻抗，避免了檢測(cè)裝置發(fā)射機(jī)高壓供電工作時(shí)因?yàn)闉V波器的引入而在電源端產(chǎn)生附加的壓降。由此分析得出，在中頻發(fā)電機(jī)供電輸出端接入共模扼流圈，能夠抑制電源線上供電回路的共模干擾，而對(duì)供電電流不起任何阻礙作用，可以無損耗地傳輸。
共模電感在制作時(shí)應(yīng)滿足以下要求：a．繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互絕緣，以保證在高壓供電時(shí)線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。b．線圈中的磁芯應(yīng)與線圈絕緣，以防止在瞬時(shí)過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。c．線圈應(yīng)盡可能單層繞制，以減小線圈的寄生電容。
2．2 EMI濾波器的電路設(shè)計(jì)
為減小體積和重量，中頻發(fā)電機(jī)濾波電路采用單級(jí)LC EMI濾波器，電路如圖6所示。

對(duì)于抑制低頻噪聲，理論上發(fā)電機(jī)濾波器的電感和電容的參數(shù)選得越大，濾波效果越好。但在實(shí)際應(yīng)用中，容量大的電容一般寄生電感也大，自諧振頻率低，對(duì)高頻噪聲的去耦效果差，而電感值越大，電感的體積也越大，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)權(quán)衡各種因素的影響，確定合適的參數(shù)。由于檢測(cè)裝置中本身帶有幾百mF的電容，因此在本系統(tǒng)中，僅在電容前增加一個(gè)共模扼流圈(約幾十mH，取決于要濾除的干擾的頻率，頻率越低，需要的電感量越大)，它與檢測(cè)裝置原有的電容一起構(gòu)成了反T型濾波電路。濾波電路參數(shù)選定后，必須驗(yàn)證參數(shù)選取得是否合適，以保證發(fā)電機(jī)噪聲濾波器的自諧振頻率遠(yuǎn)小于所要濾除的噪聲頻率，否則發(fā)電機(jī)噪聲濾波器不僅不能夠起到抑制噪聲干擾的作用，而且很有可能會(huì)放大噪聲干擾。在EMI濾波器的設(shè)計(jì)中，起初考慮到除了要抑制中頻發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的共模干擾外，還應(yīng)有抑制差模干擾的能力，但經(jīng)過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)證明，差模濾波器的使用，并未在需要的頻段上增加濾波效果，因此最終僅采用了共模濾波器抑制發(fā)電機(jī)干擾。