電磁干擾濾波器

1、工程電磁兼容ElectroMagnetic Compatibility 2第六章第六章 濾波濾波一、電磁干擾濾波器一、電磁干擾濾波器 濾波技術(shù)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。 是壓縮信號回路騷擾頻譜的一種方法，當(dāng)騷擾頻譜成分不同于有用信號的頻帶時，可以用濾波器將無用的騷擾濾除。 是允許工作信號通過，而對非工作信號（電磁騷擾）有很大的衰減作用，使產(chǎn)生干擾的機(jī)會減為最小。 屬于低通濾波器，包括電源線濾波器、信號線濾波器等。 使將電磁騷擾減小到一定程度，使傳出設(shè)備的騷擾值不超過給定的規(guī)范值，使傳入設(shè)備的騷擾不

2、致于引起設(shè)備的性能降低或失靈。3第六章第六章 濾波濾波一、電磁干擾濾波器一、電磁干擾濾波器 EMI濾波器的工作原理與普通濾波器一樣，它能允許有用信號的頻率分量通過，同時又阻止其他干擾頻率分量通過。其工作方式有兩種：其工作方式有兩種：另一種是不讓無用信號通過，并把它們反射回信號源，并且必須在另一種是不讓無用信號通過，并把它們反射回信號源，并且必須在系統(tǒng)其他地方消耗掉。系統(tǒng)其他地方消耗掉。一種是把無用信號能量在濾波器里消耗掉。這種濾波器中含有損耗一種是把無用信號能量在濾波器里消耗掉。這種濾波器中含有損耗性器件，如電阻或鐵氧體等；性器件，如電阻或鐵氧體等； EMI濾波器的工作原理與普通濾波器一樣，它

3、能允許有用信號的頻率分量通過，同時又阻止其他干擾頻率分量通過。其工作方式有兩種：其工作方式有兩種：4第六章第六章 濾波濾波一、電磁干擾濾波器一、電磁干擾濾波器 干擾濾波器往往工作在阻抗不匹配的條件下，干擾源的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(jì)和技術(shù)上原因，不可能設(shè)計(jì)出全頻段匹配的干擾濾波器。 干擾源的電平變化幅度大，有可能使干擾濾波器出現(xiàn)飽和效應(yīng)。 由于電磁干擾頻帶范圍很寬（20Hz到幾十GHz），其高頻特性非常復(fù)雜，難以用集總參數(shù)等效電路來模擬濾波電路的高頻特性。 干擾濾波器在阻帶內(nèi)應(yīng)對干擾有足夠的衰減量，而對有用信號的損耗應(yīng)降低到最小限度，以保證有用電磁能量的最大傳

4、輸效率。5第六章第六章 濾波濾波一、電磁干擾濾波器一、電磁干擾濾波器 電纜上的干擾按照干擾電流的流動路徑分為共模干擾和差模干擾兩種。EMI濾波器應(yīng)該對這兩種干擾都有抑制作用。電子電子設(shè)備設(shè)備差模干擾電流共模干擾電流 共模干擾是指干擾電流在電纜中的所有導(dǎo)線上幅度/相位相同，其電流是在電纜與大地之間形成的回路中流動。6第六章第六章 濾波濾波一、電磁干擾濾波器一、電磁干擾濾波器 差模干擾是指干擾電流在信號線與信號地線之間流動的干擾。 共模干擾共模干擾一般由外界電磁場在電纜中感應(yīng)出來，或由于電纜兩端的設(shè)備所接的地電位不同所致。電子電子設(shè)備設(shè)備差模干擾電流共模干擾電流差模干擾主要是由于電纜中不同信號線之

5、間的電容耦合和電感耦合所致。7第六章第六章 濾波濾波一、電磁干擾濾波器一、電磁干擾濾波器描述濾波器性能的最主要參量是，插入損耗的大小隨工作頻率不同而改變。插入損耗的定義是：)(lg2012dBUULinU1為信號源通過濾波器在負(fù)載阻抗上建立的電壓（V）；式中，U2為不接濾波器時，信號源在同一負(fù)載阻抗上建立的電壓（V）；Lin為插入損耗（dB）。是指插入損耗隨頻率變化的曲線稱之為頻率特性。)(lg2021dBUULin8第六章第六章 濾波濾波一、電磁干擾濾波器一、電磁干擾濾波器是指插入損耗隨頻率變化的曲線稱之為頻率特性。按其頻率特性，濾波器大體可分為4種：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻

6、濾波器。0f衰減阻帶通帶fc（截止頻率）（a）低通濾波器0f衰減阻帶通帶fc（截止頻率）（b）高通濾波器0f衰減阻帶通帶fc2（c）帶通濾波器阻帶fc10f衰減通帶阻帶fc2（d）帶阻濾波器通帶fc19第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征 10第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征11第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征p 反射式濾波器通常由電抗元件，如電感器和電容器組合而成（理想情況，這些元件是無損耗的），使在濾波器的通帶內(nèi)提供低的串聯(lián)阻抗和高的并聯(lián)阻抗，因而濾波器的阻帶內(nèi)提供大的串聯(lián)阻抗和小的并聯(lián)阻抗，

7、也就是對干擾電流建立一個高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗。p 反射式濾波器是通過把不需要的頻率成分的能量反射回信號源而達(dá)到抑制的目的。12第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征（1）并聯(lián)電容濾波器 并聯(lián)電熔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。它用來旁路高頻能量，流通期望的低頻能量或者信號電流。源RRC并聯(lián)電容濾波器13第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征（1）并聯(lián)電容濾波器 其插入損耗為：源RRC并聯(lián)電容濾波器)()(1lg(102dBfRCLin）理想電容實(shí)際電容插入損耗（dB）LCfR21RCfC1

8、由于實(shí)際的電容器引線上存在電感，因此其衰減曲線是LC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的衰減曲線。在某一點(diǎn)頻率上會發(fā)生諧振（諧振頻率fR），超過諧振點(diǎn)后，電容器呈現(xiàn)電感的阻抗特性，及頻率越高，阻抗越大。14第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征（2）串聯(lián)電感濾波器 其插入損耗為：并聯(lián)電容濾波器)()(1lg(102dBRfLLin） 串聯(lián)電感濾波器是低通濾波器的另一種簡單形式，在其電路構(gòu)成上，電感器與攜帶干擾的導(dǎo)線串聯(lián)起來。源RRL15第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征（2）串聯(lián)電感濾波器理想電感實(shí)際電感插入損耗（dB）LCfR21LRfC 實(shí)際的電感繞組中總

9、是存在電阻和電容的，因此實(shí)際電感可以為電感與電阻串聯(lián)再與電容并聯(lián)。 電感與寄生電容會形成并聯(lián)諧振，在諧振點(diǎn)阻抗非常大，因此濾波器的插入損耗非常大。在諧振點(diǎn)以上，電感的特性已經(jīng)與電容相同，隨著頻率升高而降低。因此一般電感的高頻濾波性能不是很好。也可以理論諧振點(diǎn)上阻抗很大的特性，對特定頻率的干擾進(jìn)行有效地抑制。16第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征（3）L型濾波器 如果源阻抗與負(fù)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(dāng)源阻抗不等于負(fù)載阻抗時，則電容器并接于更高的阻抗，通常可取得最大的插入損耗。源RRLC低的源阻抗高的負(fù)載阻抗源RRLC高的源阻抗

10、低的負(fù)載阻抗（a）（b） 對于L型濾波器，源阻抗等于負(fù)載阻抗時的插入損耗為：)(241lg10222dBCRRLLCLin17第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征（4）型濾波器 其插入損耗為：源RRLCC)(221lg102222dBCRLCRRLLCLin（5）T型濾波器 其插入損耗為：源RRLCL)(221lg1022222dBCRRCLRLLCLin18第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征 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他低頻外界干擾，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，高同濾波器可以由低

11、通濾波器轉(zhuǎn)換而成。 當(dāng)把低通濾波器轉(zhuǎn)換成具有相同終端和截止頻率的高通濾波器時，其是：（1）把每個電感L（H）轉(zhuǎn)換成數(shù)值為1/L（F）的電容C。（2）把每個電容C（F）轉(zhuǎn)換成數(shù)值為1/C（H）的電感L。19源RR1500H0.33F0.33F第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征 轉(zhuǎn)換實(shí)例：源RR1/1500F1/0.33H1/0.33H20第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征 帶通濾波器是對通帶之外的高頻及低頻干擾能量進(jìn)行衰減，其基本構(gòu)成方法是由低通濾波器經(jīng)過轉(zhuǎn)換而稱為帶通濾波器。L1L1C1C1C2L2帶通濾波器電路圖21第六章第六章

12、 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征 帶阻濾波器是對特定的窄帶內(nèi)的干擾能量進(jìn)行抑制，帶阻濾波器通常是串聯(lián)于干擾源與干擾對象之間，也可以將一帶通濾波器并接于干擾線與地之間來達(dá)到帶阻濾波的作用。C2L2LC帶阻濾波器L1C1L1C1C3RC帶阻濾波器C1C2R1R2R322第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征 無源元件制造的電磁干擾濾波器有時龐大而笨重，使用晶體管的有源濾波器可以不需要過大的體積和重量就能提供較大值的等效L和C。對低頻低阻抗電源電路用有源濾波器更為合適。（1）有源電感濾波器 模擬電感線圈的頻率特性，給干擾信號一個高阻抗電路，稱作。直流

13、電干擾電流Z0有源電感Z023第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征（1）有源電感濾波器直流電干擾電流Z0有源電感Z024第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征（2）有源電容濾波器 模擬電容器的頻率特性，將干擾信號短路，稱作。直流電Z0干擾電流有源電容Z0（3）對消濾波器 一種能產(chǎn)生與干擾電源幅值同樣大小、方向相反的電流，通過高增益反饋電路將電磁干擾對消掉的電路稱作。25第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征（3）對消濾波器Z0干擾電流陷波濾波器頻率（Hz）接入損耗（dB）26第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的

14、分類及特征二、濾波器的分類及特征是由有耗元件構(gòu)成的，它通過吸收不需要頻率成分的能量是由有耗元件構(gòu)成的，它通過吸收不需要頻率成分的能量（轉(zhuǎn)化為熱能）來達(dá)到抑制干擾之目的。（轉(zhuǎn)化為熱能）來達(dá)到抑制干擾之目的。盡管一些濾波器的輸入輸出阻抗可指望在一個相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)與制盡管一些濾波器的輸入輸出阻抗可指望在一個相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)與制定的源和負(fù)載阻抗相匹配，但在實(shí)際中這種匹配情況往往不存在。正因?yàn)槎ǖ脑春拓?fù)載阻抗相匹配，但在實(shí)際中這種匹配情況往往不存在。正因?yàn)榇嬖谶@種失配，所以很多時候當(dāng)把一個濾波器插入傳輸干擾的線路時，實(shí)存在這種失配，所以很多時候當(dāng)把一個濾波器插入傳輸干擾的線路時，實(shí)際上線路上將形成

15、干擾電壓的增加而不是減小。這個缺陷存在于所有低損際上線路上將形成干擾電壓的增加而不是減小。這個缺陷存在于所有低損耗元件構(gòu)成的濾波器中。耗元件構(gòu)成的濾波器中。當(dāng)濾波器與源阻抗不匹配時，一部分有用能量將被反射回能源，這將導(dǎo)當(dāng)濾波器與源阻抗不匹配時，一部分有用能量將被反射回能源，這將導(dǎo)致干擾電平的增加而不是減小，因而促使了吸收濾波器的產(chǎn)生，即用吸收致干擾電平的增加而不是減小，因而促使了吸收濾波器的產(chǎn)生，即用吸收濾波器來抑制不需要的能量（使之轉(zhuǎn)化為熱耗）。濾波器來抑制不需要的能量（使之轉(zhuǎn)化為熱耗）。27第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征為了消除LC型低通濾波器的頻率諧振

16、和要求終端負(fù)載阻抗匹配的弊端，使電磁干擾濾波器能在較寬的頻率范圍里具有較大的衰減。人們根據(jù)介電損耗和磁損耗原理研究出一種損耗濾波器。其是選用高損耗系數(shù)或高損耗角正切的電介質(zhì)，把高頻電磁能量轉(zhuǎn)換成熱能。有損耗濾波器通常做成具有媒質(zhì)填充和涂覆的，媒質(zhì)材料可以是鐵氧體材料或其他的損耗材料。28第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征是將鐵氧體材料填充在電纜里制成的濾波器。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。其特點(diǎn)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。29第六章第六章 濾波濾波二、濾波器的分類及特征二、濾波器的分類及特征是將吸收式濾波器與反射式濾波器串聯(lián)起來組合使用，可以達(dá)到更好的濾波效果。按此方法構(gòu)成的濾波器，既有陡峭的平率特性，又有很高的阻態(tài)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所示。0600.20.30.51.02.03.05.0 10.