電磁兼容課件-濾波哈工大江濱浩.ppt

1,電磁濾波技術(shù),電氣工程系 江濱浩,研究生學(xué)位課電磁兼容（6）,2,濾波器的作用,切斷干擾沿信號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。,3,濾波器分類,4,電磁干擾濾波器,5,頻率范圍寬 阻抗不確定,頻率范圍寬，過渡帶窄； 阻抗不確定，變化范圍寬,6,顯然，當(dāng) 時，IL大于零，IL越大，濾波效果越好,7,按頻率特性分類,8,9,干擾濾波器多為低通濾波器,因為 電磁干擾大多頻率較高的信號，因為頻率越高的信號越容易輻射和耦合 數(shù)字電路中許多高次諧波是電路工作所不需要的，必須濾除，防止對其它電路產(chǎn)生干擾。 電源線上的雜波有較高頻率較高 頻率較高時，雜散電容和電感之間的相互串?dāng)_嚴重,10,低通/反射濾波器類型,C,T,電容并聯(lián)在要濾波的信號線與信號地線之間（濾除差模干擾電流）或信號線與機殼地或大地之間（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載阻抗。,11,過渡帶與器件數(shù)量的關(guān)系,每增加一個器件，過渡帶的斜率增加 20dB/十倍頻程，或 6dB/倍頻程。,12,確定濾波器階數(shù),50 100,欲衰減20dB,4 6=24 20 至少4階濾波器,10 100,1 20 = 20 1階濾波器就可以了 為了保險，可用2階,欲衰減20dB,L、C的數(shù)值決定截止頻率,階數(shù)決定過渡帶的陡度,13,根據(jù)阻抗選用濾波電路,14,網(wǎng)絡(luò)解釋：濾波器看作二端口網(wǎng)絡(luò)，反射系數(shù)在輸入和輸出端分別為,規(guī)律：電容對高阻，電感對低阻,15,器件參數(shù)的確定,巴特沃斯，切比雪夫，貝塞爾等方式 后論,16,插入損耗的估算,假設(shè)電感、電容是理想器件，這是不符合實際情況的,ZL,ZL,17,形濾波電路： IL = 20lg（L /ZS）+ LC2 ， ZS ZL 反形濾波電路： IL = 20lg（L /ZL）+ LC2 ， ZS 50；,18,實際電容器的特性,ZC,理想電容,f,引線長1.6mm的陶瓷電容器,C,L,巧用諧振點,19,20,克服電容非理想性的方法,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（阻抗隨頻率升高增加），小電容呈現(xiàn)電容特性，實際是一個LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。這個LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在會在某個頻率上發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致其阻抗為無限大，這時電容并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實際已經(jīng)失去旁路作用。如果剛好在這個頻率上有較強的干擾，就會出現(xiàn)干擾問題。若將大、中、小三種容值的電容并聯(lián)起來使用，會有更多的諧振點，濾波器在更多的頻率上失效。,簡單的方案：大小電容并聯(lián)，大電容抑制低頻干擾、小電容抑制高頻。,21,三端電容器的原理,引線電感與電容一起構(gòu)成了一個T形低通濾波器 在引線上安裝兩個磁珠濾波效果更好,地線電感起著不良作用,1GHz,三端電容（比較流行的方法）：一個電極上的兩根引線串聯(lián)在需要濾波的導(dǎo)線中。導(dǎo)線電感與電容構(gòu)成了一個T形濾波器，消除了一個電極上的串聯(lián)電感。三端電容比普通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相連的引線上套兩個鐵氧體磁主，進一步提高T形濾波器的效果。,衰減,諧振頻率后移,22,三端電容器的不足,中間的接地線越短越好， 避免兩側(cè)的引線的平行部分 過長，否則高頻濾波效果會 打很大折扣。,制約著其高頻效果的兩個因素：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。,23,穿心電容更勝一籌,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，連接電感是很小的。因此，在高頻時，能夠提供很好的旁路作用。 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，避免了高頻時的電容耦合現(xiàn)象。,穿心電容的濾波范圍可以達到數(shù)GHz以上,24,25,穿心電容的插入損耗,穿心電容,穿心電容的阻抗接近理想電容，只是在某個頻率會出現(xiàn)一個凹陷。,26,溫度對陶瓷電容容量的影響,125,-30,90,30,%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)將電信號轉(zhuǎn)換為機接信號，再將機接信號轉(zhuǎn)換為機接電信號。溫度的穩(wěn)定性差。,27,電壓對陶瓷電容容量的影響,%C,28,29,實際電感器的特性,繞在鐵粉芯上的電感,ZL,理想電感,實際電感,1/2 LC,L,C,30,31,電感寄生電容的來源,CTC,CTT,32,磁芯/繞線方式對寄生電容的影響,鐵粉芯(非導(dǎo)電） C = 4.28pf C = 3.48pf 19% 鐵氧體（錳鋅） C = 51pf C = 49pf 4%,鐵粉芯作磁芯時，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，電容下降了將近20%。 用錳鋅鐵氧體作磁芯時，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。,繞線方式,33,減小電感寄生電容的方法,然后： 起始端與終止端遠離（夾角大于40度） 盡量單層繞制，并增加匝間距離 多層繞制時， 采用“漸進”方式繞，不要來回繞。,如果磁芯是導(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,34,分組繞制 ：（要求高時，用大電感和小電感串聯(lián)起來使用）,總電容是兩寄生電容的串聯(lián)，總?cè)萘勘让慷蔚募纳萘啃?電感分解成較大的電感和較小電感的串聯(lián)，使電感的帶寬擴展。,代價是體積和成本。并引入了額外的串聯(lián)諧振點。諧振點上阻抗很小。,35,電感磁芯的選用,錳鋅：r = 500 10000，R = 0.1100m,空心線圈的電感量很小，使用導(dǎo)磁率較高的材料作磁芯可大大地增加電感量。,36,電感量與飽和電流的計算,當(dāng)電感磁芯發(fā)生飽和時，電感量變小，失去對干擾的抑制作用。若額定電流大于飽和電流（Imax），就會發(fā)生飽和，需要調(diào)整磁芯的尺寸（D1，2 /S），使額定電流小于Imax,37,38,利用共模扼流圈避免電感飽和,這種電感只對共模干擾電流有抑制作用，而對差模電流沒有影響，因此叫共模扼流圈。 寄生差模電感的好處：部分漏磁產(chǎn)生差模電感。寄生差模電感的存在可以對差模干擾有一定的抑制作用。在設(shè)計濾波器時，可以將這種因素考慮進來。,有意增加漏磁， 利用差模電感,39,40,吸收式濾波器,吸收式濾波器是由有耗器件構(gòu)成的，在阻帶內(nèi)吸收躁聲的能量轉(zhuǎn)化為熱損耗，從而起到濾波作用。 鐵氧體吸收型濾波器是目前應(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衰減地通過鐵氧體，高頻電流卻會受到很大的損耗，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化的,41,鐵氧體的相對導(dǎo)磁常數(shù),42,鐵氧體濾波機理,Z(f）,Z(f),在低頻，磁芯的磁導(dǎo)率較高，磁芯的損耗較小，整個器件是一個低損耗、高Q特性的電感。 高頻：阻抗由電阻成分構(gòu)成。隨著頻率升高，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)高頻信號通過鐵氧體時，電磁能量以熱的形式耗散掉。,43,44,45,電源線濾波器,電源線的傳導(dǎo)騷擾電壓,46,47,共模干擾和差模干擾,相中（UPG），中地（ UN G）共模電流 I C， 相中（UPN）差模電路 I D 可看作獨立干擾來研究 需同時濾波抑制,48,電源線濾波器的基本電路,共模扼流圈,差模電容,共模電容,49,50,51,52,53,54,電源線濾波器的特性,55,改善濾波器高頻特性的方法,56,57,58,59,信號濾波器的安裝位置,60,板上濾波器的注意事項,61,面板上濾波的簡易（臨時）方法,62,電纜濾波的方法,連接器,63,面板安裝濾波器注意事項,64,使用形濾波器的注意事項,65,開關(guān)電源噪聲,原因：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，在電源線上既會在產(chǎn)生很強的共模干 擾，也會產(chǎn)生很強的差模干擾.,66,電源線濾波器的基本電路,共模濾波電容受到漏電流的限制,67,電源線濾波器的特性,一般產(chǎn)品說明書上給