電源噪聲濾波器的基本原理

　　共模電容CY接在交流電進(jìn)線與機(jī)殼地之間，要求它們?cè)陔姎夂蜋C(jī)械性能上，應(yīng)有足夠大的安全余量，萬(wàn)一它們發(fā)生擊穿短路，將使設(shè)備機(jī)殼帶上危險(xiǎn)的交流電，如設(shè)備的絕緣或接地保護(hù)失效，可能使操作人員遭受電擊，甚至危及人身安全。因此對(duì)CY電容器的容量要進(jìn)行限制，使其在額定頻率的電壓下漏電流小于安全規(guī)范值。另外還要求其應(yīng)有足夠的耐壓及耐瞬態(tài)高峰值電壓的余量，并且萬(wàn)一發(fā)生電壓擊穿它應(yīng)處于開(kāi)路狀態(tài)，而不會(huì)使設(shè)備機(jī)殼帶電。

　　綜上所述，在設(shè)計(jì)和選擇電網(wǎng)噪聲濾波器時(shí)，因?yàn)樗鼈児ぷ髟诟唠妷?、大電流、惡劣的電磁干擾環(huán)境中，首先必須考慮所用電感器和電容器的安全性能。對(duì)于電感線圈，其磁芯、繞線的材料，絕緣材料和絕緣距離、線圈溫升等都應(yīng)予重視。對(duì)于電容器，其電容種類(lèi)、耐壓、安全等級(jí)、容量、漏電流等都應(yīng)優(yōu)先考慮，特別要求選擇經(jīng)過(guò)國(guó)際安全機(jī)構(gòu)安全認(rèn)證的產(chǎn)品。

　　6、濾波器的安全性能參數(shù)

　　6.1濾波器與漏電流

　　電網(wǎng)濾波器漏電流定義為：在額定交流電壓下，濾波器外殼到交流進(jìn)線任一端的電流。如果濾波器的所有端口與外殼之間是完全絕緣的，則漏電流的值，主要取決于共模電容CY的漏電流，即主要取決于CY的容量。由于濾波器漏電流的大小，涉及到人身安全，國(guó)際上各國(guó)對(duì)此都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。對(duì)于220V/50Hz交流電網(wǎng)供電，一般要求噪聲濾波器的漏電流小于1mA。

　　6.2濾波器與試驗(yàn)電壓

　　對(duì)于交流電網(wǎng)噪聲濾波器，試驗(yàn)電壓分為兩種：一種是加在交流進(jìn)線兩端，即線—線試驗(yàn)電壓。若電感線圈及引線是絕緣良好的，它主要取決于電容器CX的耐壓；另一種是加在交流進(jìn)線任一端與機(jī)殼地之間，即線—地試驗(yàn)電壓。它主要取決于CY的耐壓。

　　漏電流和試驗(yàn)電壓都是噪聲濾波器的安全性能參數(shù)，是濾波器中電感線圈、絕緣和電容器CX、CY安全性能的具體表現(xiàn)，并且與設(shè)備及人身安全緊密相關(guān)。因此在電網(wǎng)噪聲濾波器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用中，都要特別加以重視，把這些技術(shù)參數(shù)的認(rèn)證和檢驗(yàn)放在首位。

　　7、濾波器的技術(shù)參數(shù)及正確使用

　?。?）插入損耗是噪聲濾波器的重要技術(shù)參數(shù)之一，在設(shè)計(jì)和選用時(shí)應(yīng)予主要考慮。在濾波器的安全、常規(guī)電氣性能、環(huán)境及機(jī)械等條件都滿足要求時(shí)，應(yīng)盡量選擇插入損耗值大些。

　　插入損耗的定義如圖3所示，當(dāng)沒(méi)接濾波器時(shí)，信號(hào)源輸出電壓為V1，當(dāng)濾波器接入后，在濾波器輸出端測(cè)得信號(hào)源的電壓為V2。若信號(hào)源輸出阻抗與接收機(jī)輸入阻抗相等，都是50Ω，則濾波器的插入損耗為：IL=20log(V1/V2）(1)

圖3插入損耗的定義

圖4濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇

圖5公共阻抗耦合的等效電路

　　因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/電源噪聲">電源噪聲濾波器能衰減共模和差模噪聲，所以它即有共模插入損耗，又有差模插入損耗。

　　但在實(shí)際選用濾波器時(shí)，應(yīng)注意產(chǎn)品手冊(cè)給出的插入損耗曲線，都是按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在其輸入和輸出阻抗都為50Ω條件下測(cè)得的。因?yàn)閷?shí)際的濾波器兩端阻抗不一定在全頻率范圍內(nèi)是50Ω，所以它對(duì)EMI信號(hào)的衰減，并不等于產(chǎn)品手冊(cè)中給出的插入損耗值。特別當(dāng)使用安裝不當(dāng)時(shí)，還會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)給定的插入損耗。

　　（2）電源噪聲濾波器是一種具有互易性的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際應(yīng)用中為使它有效地抑制噪聲應(yīng)合理配接。按圖4所示組合來(lái)選擇濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，才能得到較好的EMI抑制效果。

　　當(dāng)濾波器的輸出阻抗與負(fù)載阻抗不相等時(shí)，在此端口上會(huì)產(chǎn)生反射，兩個(gè)阻抗相差越大，端口產(chǎn)生的反射也越大。當(dāng)濾波器兩端阻抗都與外部阻抗不相等時(shí)，則EMI信號(hào)將在其輸入和輸出端都產(chǎn)生反射。這時(shí)電源濾波器對(duì)電磁干擾噪聲的衰減，就與濾波器固有的插入損耗和反射損耗有關(guān)，可利用這點(diǎn)更有效地抑制電磁干擾噪聲。在實(shí)際設(shè)計(jì)和選擇使用EMI濾波器時(shí)，要注意濾波器阻抗的正確連接，以造成盡可能大的反射，使濾波器在很寬的頻率范圍內(nèi)造成較大的阻抗失配，從而得到更好的電磁干擾抑制性能。

　?。?）在電源濾波器的實(shí)際應(yīng)用中，要求其外殼與系統(tǒng)地之間有良好的電氣連接，且應(yīng)使接地線盡量短，因?yàn)檫^(guò)長(zhǎng)的接地線會(huì)加大接地電阻和電感，而嚴(yán)重削減濾波器的共模抑制能力，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生公共接地阻抗耦合的問(wèn)題。如圖5所示，接地線過(guò)長(zhǎng)，則濾波器輸入和輸出之間的公共耦合阻抗Zg也過(guò)大，負(fù)載上電壓為：V0=VZ＋Vg=VZ＋(Ii－IO)Zg(2)式中：Ii為濾波器交流輸入電路的噪聲電流；IO為濾波器輸出電路的噪聲電流。

　　由式（2）可知，電磁干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器衰減后，在輸出端的噪聲電流大大小于輸入端的噪聲電流，即公共接地阻抗引起的壓降(Ii－IO)Zg將很大，在Zg上將產(chǎn)生一個(gè)很高的電磁干擾電壓，經(jīng)過(guò)公共接地回路耦合到濾波器的輸出端，從而大大減弱噪聲濾波器對(duì)EMI噪聲的抑制能力。

　　減小公共阻抗耦合的最好方法，就是借助設(shè)備的電磁屏蔽，把噪聲濾波器的輸入端與輸出端隔離開(kāi)，同時(shí)濾波器的接地線要盡量短，這樣既把濾波器輸入與輸出端間存在的電磁耦合降到最低程度，又不破壞設(shè)備的屏蔽結(jié)構(gòu)對(duì)于電磁干擾噪聲的抑制作用。

　　理想的電源噪聲濾波器安裝方式如圖6所示。

　?。?）綜上所述，電源噪聲濾波器的使用應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

　　①濾波器應(yīng)盡量靠近設(shè)備交流電入口處安裝，應(yīng)使未經(jīng)過(guò)濾波器的交流進(jìn)線在設(shè)備內(nèi)盡量短；

　?、跒V波器中的電容器引線應(yīng)盡可能短，以免引線感抗和容抗在較低頻率上產(chǎn)生諧振；

　　③濾波器接地線上有大的電流流過(guò)，會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，應(yīng)對(duì)濾波器進(jìn)行良好的屏蔽和接地；

　?、転V波器的輸入線和輸出線不能捆扎在一起，布線時(shí)盡量增大其間距離，以減小它們之間的耦合，可加隔板或屏蔽層。

　　8、結(jié)語(yǔ)

　　電磁干擾濾波器的設(shè)計(jì)和選用，主要依據(jù)噪聲干擾特性和系統(tǒng)電磁兼容性的要求，在了解電磁干擾的頻率范圍，估計(jì)干擾的大致量級(jí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。首先要了解濾波器的使用環(huán)境(使用電壓、負(fù)載電流、環(huán)境溫濕度、振動(dòng)沖擊、安裝方式和位置等)，要重點(diǎn)考慮其安全性能參數(shù)，因?yàn)殛P(guān)系到設(shè)備及人身安全。還要使濾波器對(duì)EMI噪聲產(chǎn)生最佳的抑制效果。應(yīng)根據(jù)接入電路的要求，以產(chǎn)生最大阻抗不匹配的原則來(lái)選擇濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)。為了獲得最佳的電磁噪聲衰減特性，濾波器應(yīng)該正確地安裝在電子設(shè)備上。