反射式、吸收式濾波器及電源線濾波器課件

1、3.3 反射式濾波器工作原理：在電磁信號(hào)傳輸路徑上形成很大的特性阻抗不連續(xù)性，使大部分電磁能量反射回信號(hào)源處。組成：電抗元件（如電感L和電容C）組成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。濾波器階數(shù)與過(guò)渡帶的關(guān)系下 頁(yè)上 頁(yè)3.3 反射式濾波器工作原理：組成：濾波器階數(shù)與過(guò)渡帶的關(guān)3.3.1 低通濾波器用于抑制高頻傳導(dǎo)電磁干擾，如電源濾波器。1. 常見(jiàn)形式并聯(lián)電容型；串聯(lián)電感型；型；反型；T型 ；型等RCURURRLUCRLRCURL等RCRL等URL等CRLURC下 頁(yè)上 頁(yè)3.3.1 低通濾波器用于抑制高頻傳導(dǎo)電磁干擾，如電源濾波2. 插入損耗LinLin can be calculated if every par

2、ameter is clear, otherwise it only can be measured! 源阻抗或負(fù)載阻抗的改變會(huì)使濾波器插入損耗發(fā)生改變！VSZSZTV0ZLVSZSZTVTExample:下 頁(yè)上 頁(yè)2. 插入損耗LinLin can be calculat并聯(lián)電容濾波器ZcVSZSZTVT 最簡(jiǎn)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；用于旁路高頻能量，流通期望的低頻能量或者信號(hào)電流。C型濾波器插入損耗：Example2：Typical Insertion loss of low pass filter 下 頁(yè)上 頁(yè)并聯(lián)電容濾波器ZcVSZSZTVT 最

3、簡(jiǎn)單的低通串聯(lián)電感濾波器串聯(lián)電感型濾波器插入損耗：ZLVSZSZTVT低通EMI濾波器的另一種簡(jiǎn)單形式下 頁(yè)上 頁(yè)串聯(lián)電感濾波器串聯(lián)電感型濾波器插入損耗：ZLVSZSZTV型濾波器當(dāng)型濾波器的原阻抗不等于負(fù)載阻抗時(shí)將獲得最大插入損耗。電容器并聯(lián)時(shí)阻抗更高。型濾波器插入損耗：ZLVSZSZTVTZCZLZLVSZSZTVTZCZL下 頁(yè)上 頁(yè)型濾波器當(dāng)型濾波器的原阻抗不等于負(fù)載阻抗時(shí)將獲得最大型濾波器優(yōu)點(diǎn)：制造容易、寬帶、插入損耗高、空間需要適中。型濾波器插入損耗：ZLVSZSZTVTZCZLZC下 頁(yè)上 頁(yè)型濾波器優(yōu)點(diǎn)：制造容易、寬帶、插入損耗高、空間需要適中。T型濾波器插入損耗：ZLVTZL

4、VSZST型濾波器優(yōu)點(diǎn)：能有效地抑制瞬態(tài)騷擾缺點(diǎn)：需要兩個(gè)電感器下 頁(yè)上 頁(yè)T型濾波器插入損耗：ZLVTZLVSZST型濾波器優(yōu)點(diǎn)：能有(1) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 將低通濾波器網(wǎng)絡(luò)中所有電容器與電感器互換Ug等LRRUgCRR低通高通設(shè)計(jì)方法：對(duì)偶變換用于抑制信號(hào)通路上的交流電流分量或抑制某個(gè)特定的低頻外來(lái)信號(hào)。3.3.2 高通濾波器RUgCRRUgLR下 頁(yè)上 頁(yè)(1) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 將低通濾波器網(wǎng)絡(luò)中所有電容器與電感器( 3 ) 將高通原型濾波器電路中各L、C 和 R 值按低通濾波器相同 的方式進(jìn)行參數(shù)變換:( 2 ) 將低通原型濾波器電路中各 L 值和 C 值取其倒數(shù)作為高通 原型濾波器對(duì)應(yīng)的C 值和

5、 L 值Ug11Ug11ClLhLlCh下 頁(yè)上 頁(yè)( 3 ) 將高通原型濾波器電路中各L、C 和 R 值按低通帶通濾波器UgR RLp1Cs1Cp1Lp2Cs2Cp2Ls1Ls2UgR RLp1Cp1Cp2Lp2Cs1Ls1Cs2Ls2帶阻濾波器3.3.3 帶通和帶阻濾波器下 頁(yè)上 頁(yè)帶通濾波器UgR RLp1Cs1Cp1Lp2Cs2Cp2L3.3.4 濾波器的選擇C is betterZL, Zs is high 低低L高高C低高CL高低CLZL, Zs is Low L is better干擾頻率、干擾量級(jí)、（源、負(fù)載阻抗的組合關(guān)系） 規(guī)律：電容并聯(lián)對(duì)高阻，電感串聯(lián)對(duì)低阻。下 頁(yè)上 頁(yè)3

6、.3.4 濾波器的選擇C is betterZL, ZsZL is highZL is lowZs is high Zs is low濾波器的應(yīng)用選擇 typesource loadsource load circuitT typesource load typesource load C type L type下 頁(yè)上 頁(yè)ZL is highZL is lowZs Zs 3.3.5 有源濾波器方法：采用電路技術(shù)模擬電感和電容特性。特點(diǎn)：功率大，體積小，重量輕 三種類型： 有源電感濾波器：用有源器件模擬電感元件的頻率特性， 對(duì)干擾信號(hào)形成高阻抗電路。 有源電容濾波器：用有源器件模擬電容元件的頻

7、率特性， 對(duì)干擾信號(hào)形成低阻抗電路。 對(duì)消濾波器：產(chǎn)生干擾電流振幅相等、相位相反的反饋電 流，抵制干擾。下 頁(yè)上 頁(yè)3.3.5 有源濾波器方法：采用電路技術(shù)模擬電感和電容特性吸收型濾波器：由有耗元件構(gòu)成，將信號(hào)中不需要的頻率 分量的能量消耗在濾波器中。1. 有損耗濾波器 原理：選用具有高損耗系數(shù)或高損耗角正切的電介質(zhì)，把 高頻的電磁能量轉(zhuǎn)化為熱量。 材料：鐵氧體材料或其他的損耗材料。3.4 吸收式濾波器 特點(diǎn)：濾波器的截止頻率與鐵氧體的長(zhǎng)度成反比。 性能：50歐姆測(cè)試系統(tǒng)里，具有高損耗系數(shù)的電解質(zhì)的截 止頻率大于10MHz。下 頁(yè)上 頁(yè)吸收型濾波器：由有耗元件構(gòu)成，將信號(hào)中不需要的頻率1. 有

8、2. 電纜濾波器 特點(diǎn)：體積小； 具有理想的高頻衰減特性。 較短一段就可獲得預(yù)期濾波效果。芯線鐵氧體絕緣層絕緣外套屏蔽層 將鐵氧體材料填充在電纜中制成電纜濾波器。下 頁(yè)上 頁(yè)2. 電纜濾波器 特點(diǎn)：體積?。恍揪€鐵氧體絕緣層絕緣外套 將反射式濾波器與吸收式濾波器串接起來(lái)，既有陡峭的頻率特性，又有很高的阻帶衰減，可以更好地抑制高頻干擾。 測(cè)量極限fLin030-60低通濾波器的損耗特性 測(cè)量極限fLin030-60接入吸收線后的低通濾波器的損耗特性3. 組合濾波器下 頁(yè)上 頁(yè) 將反射式濾波器與吸收式濾波器串接起來(lái)，既有1. 鐵氧體的阻抗特性鐵氧體對(duì)電磁干擾的抑制Ferrite popeL 低頻：呈

9、現(xiàn)電感性阻抗。磁導(dǎo)率高，損耗小。 高頻：阻抗呈現(xiàn)電阻性。隨頻率增加，磁導(dǎo)率下降，電感 減小，但損耗增加。高頻信號(hào)通過(guò)鐵氧體時(shí)，電磁 能量以熱的形式耗散。下 頁(yè)上 頁(yè)1. 鐵氧體的阻抗特性鐵氧體對(duì)電磁干擾的抑制Ferrite3. 鐵氧體抑制電磁干擾的應(yīng)用 鐵氧體抑制元件在PCB上的應(yīng)用 鐵氧體抑制元件在電源線上的應(yīng)用 鐵氧體抑制元件在信號(hào)線上的應(yīng)用 鐵氧體磁環(huán)的應(yīng)用 作為屏蔽體將導(dǎo)體、或電路與環(huán)境中的散射電磁場(chǎng)隔開(kāi)2. 抑制無(wú)用信號(hào)的方式 作為電感器構(gòu)成低通濾波器（高頻時(shí)則損耗較大） 直接應(yīng)用于元器件的引線或線路板級(jí)電路上下 頁(yè)上 頁(yè)3. 鐵氧體抑制電磁干擾的應(yīng)用 鐵氧體抑制元件在PCBZGZW

10、ZFUoZLUi 用于導(dǎo)線對(duì)的共模磁環(huán)鐵氧體所呈現(xiàn)的阻抗越大，其對(duì)共模干擾的抑制作用就越強(qiáng)。下 頁(yè)上 頁(yè)ZGZWZFUoZLUi 用于導(dǎo)線對(duì)的共模磁環(huán)鐵氧體所呈4. 鐵氧體抑制元件的選擇與安裝 材料的選擇 與磁導(dǎo)率有關(guān)：材料磁導(dǎo)率越高，適宜抑制的頻率越低。 尺寸的選擇 基本原則：在使用空間允許的條件下，選擇盡量長(zhǎng)、盡量 厚、內(nèi)徑盡量?。w積大）的材料下 頁(yè)上 頁(yè)4. 鐵氧體抑制元件的選擇與安裝 材料的選擇 尺寸 元件的安裝 盡量安裝在接近干擾源的地方； I/O電路中：盡量安裝在接近屏蔽殼的進(jìn)出口處； 與電容式濾波連接器一起使用效果更好；無(wú)偏置有偏置 偏置電流的影響 穿過(guò)鐵氧體磁環(huán)的導(dǎo)體上有電流

11、時(shí)會(huì)使其阻抗減小300個(gè)30個(gè)0.1 1 10 100 1000下 頁(yè)上 頁(yè) 元件的安裝無(wú)偏置有偏置 偏置電流的影響300個(gè)30外套安裝：將鐵氧體直接組裝到電纜連接器內(nèi)。作用：可以把一個(gè)沒(méi)有濾波功能的連接器迅速升級(jí)成為 一個(gè)濾波連接器。濾波連接器下 頁(yè)上 頁(yè)外套安裝：將鐵氧體直接組裝到電纜連接器內(nèi)。作用：可以把一個(gè)沒(méi)克服電容非理想性的方法帶寬干擾信號(hào)， 以上。 RUgR大電容小電容電容并聯(lián)LC并聯(lián)電感并聯(lián) 問(wèn)題：在大小電容的諧振頻率點(diǎn)間，大電容呈電感性，小電容呈電容性，構(gòu)成LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在某個(gè)頻率點(diǎn)上出現(xiàn)并聯(lián)諧振。并聯(lián)電容下 頁(yè)上 頁(yè)克服電容非理想性的方法帶寬干擾信號(hào)， 問(wèn)題：引線間電容耦合，

12、另一引線的電感（300MHz 以下）RUgR三端電容普通電容 三端電容器的原理地線電感起著不良作用引線電感與電容一起構(gòu)成了T形低通濾波器在引線上安裝兩個(gè)磁珠濾波效果更好 三端電容的正確使用下 頁(yè)上 頁(yè)問(wèn)題：引線間電容耦合，另一引線的電感（300MHz 以下）R穿心電容濾波金屬板隔離輸入輸出端一周接地電感很小特點(diǎn)：接地電感?。?輸入輸出無(wú)耦合；用于高頻濾波。穿心電容的插入損耗下 頁(yè)上 頁(yè)穿心電容濾波金屬板隔離輸入輸出端一周接地電感很小特點(diǎn)：接地電以穿心電容為基礎(chǔ)的饋通濾波器廣泛應(yīng)用于RF濾波 穿心電容、饋通濾波器下 頁(yè)上 頁(yè)以穿心電容為基礎(chǔ)的饋通濾波器廣泛應(yīng)用于RF濾波 穿心電容 線路板上使用饋

13、通濾波器線路板地線面上面底面下 頁(yè)上 頁(yè) 線路板上使用饋通濾波器線路板地線面上面底面下 頁(yè)上 頁(yè)3.5 電源線濾波器 作用：限制進(jìn)入設(shè)備的傳導(dǎo)干擾電平，又限制設(shè)備向電 網(wǎng)發(fā)射傳導(dǎo)干擾。 電源線中的干擾：共模干擾和差模干擾差模干擾電子設(shè)備相線地線中線共模干擾下 頁(yè)上 頁(yè)3.5 電源線濾波器 作用：限制進(jìn)入設(shè)備的傳導(dǎo)干擾電平， 差模濾波電容電子設(shè)備相線地線中線電子設(shè)備相線地線中線電源線濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)電子設(shè)備相線地線中線 電源線EMI濾波器基本電路圖 共模濾波電容 共模電感線圈下 頁(yè)上 頁(yè) 差模濾波電容電子相線地線中線電子相線地線中線電源線濾波器理想濾波器特性實(shí)際濾波器特性一般產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上給出的數(shù)

14、據(jù)是50條件下的測(cè)試結(jié)果插入損耗頻率30MHz越來(lái)越受到關(guān)注電源線濾波器的特性下 頁(yè)上 頁(yè)理想濾波器特性實(shí)際濾波器特性一般產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上給出的數(shù)據(jù)是50電源線濾波器的選擇 插入損耗 分為共模插入損耗及差模插入損耗（越大越好） 高頻特性 避免設(shè)備的輻射發(fā)射超標(biāo)及敏感度試驗(yàn)失敗 額定工作電流 關(guān)系到濾波器的發(fā)熱問(wèn)題及濾波器電感的特性 濾波器體積 體積越小越好下 頁(yè)上 頁(yè)電源線濾波器的選擇 插入損耗 高頻特性 額定工作電流 位置: 電源線濾波器應(yīng)安裝在離設(shè)備電源入 口盡量靠近的地方 引線盡可能短 輸入端與輸出端屏蔽隔離 良好的屏蔽接地 電源線濾波器的安裝下 頁(yè)上 頁(yè) 位置: 電源線濾波器應(yīng)安裝在離設(shè)備

15、電源入 引線盡可PCB濾波器濾波器PCBPCB濾波器絕緣層PCB濾波器下 頁(yè)上 頁(yè)P(yáng)CB濾波器濾波器PCBPCB濾波器絕緣層PCB濾波器下 頁(yè)EMI濾波器插入損耗的測(cè)量下 頁(yè)上 頁(yè)EMI濾波器插入損耗的測(cè)量下 頁(yè)上 頁(yè)習(xí) 題習(xí) 題共模和差模干擾電流在信號(hào)線及信號(hào)地線構(gòu)成的回路之間流動(dòng)。在電纜與大地之間形成的回路中流動(dòng)，干擾電流在電纜中的所有導(dǎo)線上幅度/相位相同。下 頁(yè)上 頁(yè)共模和差模干擾電流在信號(hào)線及信號(hào)地線構(gòu)成的回路之間流動(dòng)。VICMICMVICMIDM共模/差模干擾的產(chǎn)生電網(wǎng)中電感性開(kāi)關(guān)的通斷，會(huì)產(chǎn)生差模的脈沖干擾；空間的電磁波在電纜上感應(yīng)出共模干擾；兩臺(tái)設(shè)備之間的地線電位導(dǎo)致共模電流；V

16、ICMICMVICMIDM共模/差模干擾的產(chǎn)生電網(wǎng)中電感性插入損耗的定義Signal generator Load circuitU2Signal generator EMI filter Load circuitEMI filterU3P3U3插入損耗的定義Signal generator 20406080100 5階 4階 3階 2階 1階20N/十倍頻程6N/倍頻程插入損耗dB fc 10fc 100fc 1000fc 濾波器階數(shù)（L、C器件數(shù)）與過(guò)渡帶的關(guān)系下 頁(yè)上 頁(yè)20406080100 5階 4階 3階4 6=24 20至少4階濾波器1 20 = 201階濾波器即可為保險(xiǎn)起見(jiàn)可用

17、2階 10 100欲衰減20dBL、C的數(shù)值決定截止頻率階數(shù)決定過(guò)渡帶的陡度50 100欲衰減20dB濾波器階數(shù)的確定4 6=24 201 20 = 20 10 并聯(lián)電容濾波器的插入損耗引線長(zhǎng)1.6mm的陶瓷電容器電容量諧振頻率 (MHz)1 F1.70.01F12.63300pF19.31100pF33330pF60當(dāng)時(shí)發(fā)生串聯(lián)諧振，這時(shí)電容阻抗最小，濾波效果最好提高諧振頻率的方法：盡量縮短引線長(zhǎng)度； 選用引線電感較小的種類。對(duì)濾波特性的影響：插入損耗db 實(shí)際電容理想電容下 頁(yè)上 頁(yè)并聯(lián)電容濾波器的插入損耗引線長(zhǎng)1.6mm的陶瓷電容器電容量諧可用于電磁兼容的電容器鍍金屬紙介質(zhì)電容器 物理尺

18、寸小，射頻旁路能力差電解電容器 體積小，容量大（11000 F ），工作頻率低陶瓷電容器 容量?。?pF1F ），工作頻率高穿芯電容器 高頻性能好，電感值小可用于電磁兼容的電容器鍍金屬紙介質(zhì)電容器電解電容器陶瓷電容器諧振點(diǎn)：電感的頻率特性繞在鐵粉芯上的電感理想電感阻抗頻率特性曲線電感量(H )諧振頻率 (MHz)3.4458.828685.71252.65001.2阻抗頻率特性低頻模型LRCL高頻模型實(shí)際電感下 頁(yè)上 頁(yè)諧振點(diǎn)：電感的頻率特性繞在鐵粉芯上的電感理想電感阻抗頻率特關(guān)鍵減小寄生電容單層繞制多層繞制方法：邊繞邊重疊分段繞制多電感串聯(lián)克服電感線圈非理想性的方法關(guān)鍵減小寄生電容單層繞制多層繞制方法：邊繞邊重疊分段繞制多電無(wú)源濾波器的端口網(wǎng)絡(luò)特性其中端口網(wǎng)絡(luò)：ZL濾波網(wǎng)絡(luò)UgZgU1I1I2U2濾波器的輸入阻抗終端開(kāi)路電壓反射系數(shù)輸入阻抗：終端短路耦合阻抗終