電磁兼容3濾波技術(shù)課件

電磁兼容原理與設(shè)計(jì)第三章濾波技術(shù)概述定義：濾波是從混有噪聲或干擾的信號(hào)中提取有用信號(hào)分量的一種方法或技術(shù)。濾波器的作用是：對(duì)某一頻率范圍的傳輸能量衰減很小，使能量容易通過(guò)；而對(duì)另一頻率范圍的傳輸能量有很大的衰減。濾波器的作用切斷干擾沿信號(hào)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(hù)。信號(hào)濾波器電源濾波器電磁干擾濾波器插入損耗濾波器對(duì)EMI傳導(dǎo)噪聲的抑制能力用插入損耗IL（InsertionLoss）來(lái)衡量，插入損耗定義為：沒(méi)有濾波器接入時(shí)，從噪聲源傳輸?shù)截?fù)載的功率P1和接入濾波器后，噪聲源傳輸?shù)截?fù)載的功率P2之比，用dB（分貝）表示。問(wèn)題：可以用電壓來(lái)表示嗎？顯然，當(dāng)時(shí)，IL大于零，IL越大，濾波效果越好插入損耗根據(jù)圖1中功率與負(fù)載電壓（電流）及負(fù)載阻抗的關(guān)系變換，常用負(fù)載端電壓（電流）的比值來(lái)表示，即：濾波器頻率特性曲線實(shí)際曲線衰減衰減衰減衰減低通帶通高通帶阻3dB截止頻率截止頻率干擾濾波器多為低通濾波器

因?yàn)殡姶鸥蓴_大多頻率較高的信號(hào)，因?yàn)轭l率越高的信號(hào)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(duì)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(shí)，雜散電容和電感之間的相互串?dāng)_嚴(yán)重反射式濾波器低通濾波器分為并聯(lián)電容、串聯(lián)電感及Γ型、Π型和Τ型濾波器等。并聯(lián)電容濾波器并聯(lián)電容濾波器是最簡(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，它用旁路高頻能量，流通期望的低頻能量或者信號(hào)電流。其插入損耗為：式中顯示了插入損耗與頻率的關(guān)系。但實(shí)際電容器存在電感，因此其衰減曲線是LC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的衰減曲線。實(shí)際電容器的特性ZC理想電容f引線長(zhǎng)1.6mm的陶瓷電容器

電容量

諧振頻率(MHZ)1F1.70.1F40.01F12.6

3300pF19.31100pF33680pF42.5330pF60實(shí)際電容1/2LCCL巧用諧振點(diǎn)在某一點(diǎn)頻率上會(huì)發(fā)生諧振，超過(guò)諧振點(diǎn)，呈現(xiàn)電感特性，頻率越高，阻抗越大。因此，要使諧振頻率遠(yuǎn)高于干擾信號(hào)頻率。穿心電容穿心電容：小電感結(jié)構(gòu)使其諧振頻率可達(dá)1GHz以上，因此可用于高頻濾波。片狀電容器片狀電容器的引線電感幾乎為零：總電感可以減小到元件自身的電感，通常只是傳統(tǒng)電容器的1/3——1/5，因此其自身諧振頻率達(dá)到同樣容量引線電容器的2倍。串聯(lián)電感濾波器電感與寄生電容會(huì)形成并聯(lián)諧振，諧振點(diǎn)阻抗非常大，因此濾波器插入損耗非常大。超過(guò)諧振頻率點(diǎn)后，濾波器回路實(shí)際上呈電容特性，其高頻濾波性能變差。ZL理想電感實(shí)際電感1/2LC多級(jí)低通濾波器

電容并聯(lián)在要濾波的信號(hào)線與信號(hào)地線之間（濾除差模干擾電流）或信號(hào)線與機(jī)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(hào)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(guò)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(fù)載阻抗。

規(guī)律：電容對(duì)高阻，電感對(duì)低阻反高通濾波器從信號(hào)通道中排除交流電源頻率以及其它低頻外界干擾與低通濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性。可由低通濾波器轉(zhuǎn)換而成。轉(zhuǎn)換方法為：①把每個(gè)電感L（H）轉(zhuǎn)換成數(shù)值為1/L（F）的電容C。②把每個(gè)電容C（F）轉(zhuǎn)換成數(shù)值為1/C（H）的電感L。帶通濾波器與帶阻濾波器帶通濾波器：由高通濾波器串接低通濾波器即可成為帶通濾波器，要求高通的臨界頻率fc1必須比低通響應(yīng)的臨界頻率fc2小。帶阻濾波器：可用低通濾波器和高通濾波器并聯(lián)構(gòu)成，對(duì)特定的窄帶內(nèi)的干擾能量進(jìn)行抑制。鐵氧體濾波機(jī)理Z(f）Z(f)RZL

在低頻，磁芯的磁導(dǎo)率較高，磁芯的損耗較小，整個(gè)器件是一個(gè)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(hào)通過(guò)鐵氧體時(shí)，電磁能量以熱的形式耗散掉。

鐵氧體濾波器鐵氧體的體積越大，抑制效果也越好。存在鐵氧體飽和的問(wèn)題，抑制元件橫截面越大越不易飽和，可承受的偏流越大。鐵氧體抑制元件應(yīng)當(dāng)安裝在靠近干擾源的地方，應(yīng)盡量靠近屏蔽外殼的進(jìn)、出口處。電源線濾波器電源線的傳導(dǎo)騷擾電壓共模與差模電源與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)具有相線（L）、中線（N）和地線（E）,故將電源線上EMI噪聲分解為兩部分：L與N為差模傳導(dǎo)干擾IDM，L（或N）與E為共模傳導(dǎo)干擾ICM

。任何電源線上的干擾都可用共模和差模干擾來(lái)表示。

可看作獨(dú)立干擾來(lái)研究需同時(shí)濾波抑制共模噪聲產(chǎn)生來(lái)源被認(rèn)為是兩電氣回路之間絕緣泄漏電流以及電磁場(chǎng)耦合等；差模噪聲產(chǎn)生來(lái)源是脈動(dòng)電流，開(kāi)關(guān)器件的振鈴電流以及二極管的反向恢復(fù)特性。共模與差模L稱共模扼流圈，是在一個(gè)閉合磁環(huán)上對(duì)稱繞制方向相反、匝數(shù)相同的線圈。理想的共模扼流圈對(duì)L（或N）與E之間的共模干擾具有抑制作用，而對(duì)L與N之間存在的差模干擾無(wú)電感抑制作用。CX電容接于L與N之間，稱為差模電容；CY接于L（或N）與E之間，稱為共模電容或接地電容。共模扼流圈L差模電容Cx共模電容CyLNG電源線濾波器共模干擾和差模干擾的分布頻率電源線濾波器的特性損耗頻率理想濾波器特性實(shí)際濾波器特性電源線濾波器的高頻特性差的主要原因有兩個(gè)，一個(gè)是內(nèi)部寄生參數(shù)造成的空間耦合，另一個(gè)是濾波器件的不理想性。因此，改善高頻特性的方法也是從這兩個(gè)方面著手。內(nèi)部結(jié)構(gòu)：濾波器的聯(lián)線要按照電路結(jié)構(gòu)向一個(gè)方向布置，在空間允許的條件下，電感與電容之間保持一定的距離，必要時(shí)，可設(shè)置一些隔離板，減小空間耦合。電感：按照前面所介紹的方法控制電感的寄生電容。必要時(shí)，使用多個(gè)電感串聯(lián)的方式。差模及共模濾波電容：電容的引線要盡量短。要理解這個(gè)要求的含義：電容與需要濾波的導(dǎo)線（火線和零線）之間的聯(lián)線盡量短。如果濾波器安裝在線路板上，線路板上的走線也會(huì)等效成電容的引線。這時(shí)，要注意保證實(shí)際的電容引線最短。30MHz越來(lái)越受到關(guān)注電源線濾波器小結(jié)Cx的電容量一般為0.1～1μF。除了承受電源的額定電壓外，Cx兩端還會(huì)疊加各種干擾電壓，可能遠(yuǎn)大于正常電壓。?將流過(guò)Cy1和Cy2的電流（即漏電流）控制在較小的范圍內(nèi)，Cy1和Cy2一般在1～10nF之間。?在電氣和機(jī)械性能方面，具有足夠的安全裕度，以避免可能發(fā)生的擊穿短路現(xiàn)象。電源線濾波器的安裝正確的安裝方式：1.安裝在設(shè)備或者屏蔽體的入口處；2.輸入輸出線要盡量短、不交叉、采用屏蔽隔離措施；3.外殼應(yīng)加屏蔽，且應(yīng)與設(shè)備的金屬殼體良好搭接。有源濾波器前述各種反射式濾波器都是由電容、電感、電阻等無(wú)源的集總參數(shù)元件構(gòu)成的無(wú)源濾波器。采用雙極型三極管、單極型場(chǎng)效應(yīng)管和集成運(yùn)算放大器等有源組件與無(wú)源組件相結(jié)合來(lái)模擬電感和電容的特性，可制成有源濾波器。有源濾波器有源濾波器種類1）用有源元件模擬電感線圈的頻率特性——有源電感濾波器。2）用有源元件模擬電容器的頻率特性——有源電容濾波器。

3）產(chǎn)生與干擾電流振幅相等，相位相反的電流，通過(guò)高增益反饋電路把電磁干擾——對(duì)消濾波器。有源濾波器低頻性能好，但當(dāng)頻率提高時(shí)，由于環(huán)路增益在1以下，濾波效果很快降低組合使用，利用有源濾波器進(jìn)行低頻濾波，用無(wú)源濾波器對(duì)高頻進(jìn)行衰減。練習(xí)習(xí)題1關(guān)于電源濾波器的安裝位置，以下哪幾個(gè)是正確的？哪幾個(gè)是錯(cuò)誤的？習(xí)題習(xí)題2試說(shuō)電磁干擾濾波器與普通濾波器相比，有哪些特點(diǎn)？習(xí)題3電源線噪聲