EMC理論與實(shí)踐-第四部分

第四講EMI濾波器對(duì)一個(gè)經(jīng)過(guò)很好設(shè)計(jì)并且具有正確的屏蔽和接地措施的系統(tǒng)，也仍然會(huì)有不需要的能量傳導(dǎo)進(jìn)入此系統(tǒng)，致使系統(tǒng)的性能降低或引起系統(tǒng)的失靈。濾波器可以把這些不需要的傳輸能量減小到使系統(tǒng)能滿意地工作的電平上，這是因?yàn)樵跒V波器的通帶內(nèi)，濾波器對(duì)能量傳輸?shù)乃p很小，使能量很容易通過(guò)，而在通帶之外，傳輸能量那么受到很大的衰減，從而抑制了能量的傳輸。濾波器具有其它抑制方法難以起到的作用，所以濾波器是抑制干擾的一種很有效的手段，也就是說(shuō)，濾波器對(duì)實(shí)現(xiàn)電磁兼容性是很重要的。濾波的含義是指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)。人們把能夠?qū)崿F(xiàn)濾波功能的電路或器件稱為濾波器。從經(jīng)典的濾波理論開展起來(lái)的各種濾波器是由一些集總參數(shù)的電阻、電感和電容或由分布參數(shù)所構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)電路。這種網(wǎng)絡(luò)電路允許其工作頻率(或頻段)信號(hào)通過(guò)，而對(duì)其他頻率成分信號(hào)那么加以抑制。從通過(guò)的頻率來(lái)劃分濾波器，可以分為下面五類濾波器，低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器和全通濾波器干擾濾波器的種類衰減衰減衰減衰減低通帶通高通帶阻3dB截止頻率構(gòu)成濾波器的元件除了R、L、C外，它還可以由具有壓電效應(yīng)的石英晶體、壓電陶瓷或壓電及磁致伸縮材料構(gòu)成；在微波波段的微波濾波器，其結(jié)構(gòu)以微波傳輸線、波導(dǎo)、諧振腔和電磁介質(zhì)諧振腔為主。上述器件在原理上仍可等效為R、L、C電路，分析方法也類似。

杭州電子科技大學(xué)新型電子器件與應(yīng)用研究所研制的集成化SAW濾波器近代微電子學(xué)集成技術(shù)的開展，以運(yùn)算放大器為主開展了性能完美的有源濾波器和數(shù)字濾波器，它們?cè)诳垢蓴_和從噪聲中別離出有用信號(hào)的能力比以往的濾波器好得多，由于運(yùn)算放大器的性能好、價(jià)格低，它的應(yīng)用前途十分廣泛。在有源濾波器中，可以省去笨重的電感L，利用R、C元件及運(yùn)算放大器就可構(gòu)成上圖所示濾波器的任何一種。有些特殊的有源濾波器還使用一些特殊的有源器件，如電荷耦合器件〔CCD〕、電流傳送器等。濾波理論起源于通信理論的需求，在數(shù)學(xué)上研究隨機(jī)過(guò)程時(shí)，又開展了濾波理論。數(shù)學(xué)上濾波是指依據(jù)觀測(cè)某一隨機(jī)過(guò)程的結(jié)果(連續(xù)的或離散的)，對(duì)另一與之有關(guān)的隨機(jī)過(guò)程進(jìn)行估計(jì)概率理論和方法。在通信理論分折中，接收信號(hào)相當(dāng)于被觀測(cè)的隨機(jī)過(guò)程，而有用信號(hào)相當(dāng)于被估計(jì)的隨機(jī)過(guò)程。對(duì)平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程，最好的線性波形估計(jì)方法是所謂維納濾波。對(duì)非平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程就采用卡爾曼濾波。這兩種線性濾波方法廣泛用于通信、電子、航天、氣象、水文、地震等領(lǐng)域。對(duì)非線性濾波，在實(shí)際應(yīng)用上，往往采用各種線性近似方法。70年代中期提出的自適應(yīng)濾波方法，開展了最正確濾波設(shè)計(jì)理論。近代開展的小波分析理論在信噪別離與濾波上也已獲得良好應(yīng)用。上述理論的研究對(duì)提高系統(tǒng)的抗干擾能力和信噪比有現(xiàn)實(shí)意義，在設(shè)計(jì)新的工程系統(tǒng)時(shí)，必須考慮新的濾波方法與使用新型濾波器。在電磁兼容設(shè)計(jì)中所討論的濾波器與通信及信號(hào)處理中所討論的信號(hào)濾波器相比，雖然它們的根本原理相同。但是，它們具有以下完全不同的特點(diǎn)，必須在設(shè)汁中予以足夠的注意：1〕濾波器中用的L、C元件，通常需要處理和承受相當(dāng)大的無(wú)功電流和無(wú)功電壓，即它們必須具有足夠大的無(wú)功功率容量。2〕信號(hào)處理中用的濾波器，通?？偸前醋杩雇耆ヅ錉顟B(tài)設(shè)計(jì)的，所以可以保證得到預(yù)想的濾波特性。但是，在EMC設(shè)計(jì)中，很難做到這點(diǎn)，有時(shí)濾波器還不得不在失配狀態(tài)下運(yùn)行，因此，必須認(rèn)真考慮它們的失配特性，以保證它們?cè)陬l率范圍內(nèi)，能得到足夠好的濾波特性。3〕在EMC設(shè)計(jì)中，濾波器主要是用來(lái)抑制因瞬態(tài)噪聲或高頻噪聲造成的EMI，所以，對(duì)濾波器所用的、元件寄生參數(shù)的控制，要求比較苛刻。因而，對(duì)EMI濾波器的制作與安裝均必須認(rèn)真對(duì)待。4〕EMI濾波器雖然是抗電磁干擾的重要元件，但是，使用時(shí)必須仔細(xì)了解其特性，并正確使用，否那么，不但收不到應(yīng)有的效果，而且有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致新的噪聲。例如：如果濾波器與端阻抗嚴(yán)重失配，可能產(chǎn)生“振鈴”；如使用不當(dāng)，還可能使濾波器對(duì)某一頻率產(chǎn)生諧振；假設(shè)濾波器本身缺乏良好的屏蔽或接地不當(dāng)，還可能給電路引進(jìn)新的噪聲。特別是用于電源中的EMI濾波器，由于它流過(guò)較大的功率流，上述因不正確使用造成的后果可能會(huì)十分嚴(yán)重。即使它們用于信號(hào)電路中，雖能抑制干擾，但同時(shí)對(duì)有用信號(hào)卻會(huì)帶來(lái)一定的畸變。所以，采用濾波器時(shí)，必須慎重，不可濫用。由于電磁干擾濾波器的作用是抑制干擾信號(hào)的通過(guò)，所以它與常規(guī)濾波器有很大的不同之處：1)電磁干擾濾波器應(yīng)該有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、安裝方便、工作可靠、重量輕、尺寸小及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。2)電磁干擾濾波器對(duì)電磁干擾抑制的同時(shí)，能在大電流和電壓下長(zhǎng)期地工作，對(duì)有用信號(hào)消耗要小，以保證最大傳輸效率。3)由于電磁干擾的頻率是到幾十吉赫，故難以用集中參數(shù)等效電路來(lái)模擬濾波電路。

4)要求電磁干擾濾波器在工作頻率范圍內(nèi)有比較高的衰減性能。5)干擾源的電平變化幅度大，有可能使電磁干擾濾波器出現(xiàn)飽和效應(yīng)。6)電源系統(tǒng)的阻抗值與干擾源的阻抗值變化范圍大，很難得到使用穩(wěn)定的恒定值，所以電磁干擾濾波器很難工作在阻抗匹配的條件下。4.2濾波器的分類濾波器之所以能夠成為抑制電滋干擾的重要方法之一，是因?yàn)闉V波器可以把不需要的電磁能量即電磁干擾減少到滿意的工作電平上，正因?yàn)槿绱?，濾波器是防護(hù)傳導(dǎo)干擾的主要措施，如電源濾波器解決電源線中的傳導(dǎo)干擾問題。濾波器同時(shí)也是解決輻射干擾的重要武器，如抑制無(wú)線電干擾。在發(fā)射機(jī)的輸出端和接收機(jī)輸入端安裝相應(yīng)的電磁干擾濾波器，濾掉干擾的信號(hào)，以到達(dá)兼容的目的。為了掌握濾波器的這些性能，應(yīng)首先了解濾波器的分類及特性。濾波器品種繁多，在這里僅從抗干擾角度，討論電磁干擾濾波器。濾波器的分類方法也有多種。按濾波器的頻率特性來(lái)分，可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。按濾波器的形式來(lái)分，那么有T型、п型、C型和L型四種，它們都屬于反射型濾波器。按濾波機(jī)理來(lái)分，可分為反射型濾波器和吸收型濾波器。反射式濾波器是由電感、電容等器件組成，在濾波器阻帶內(nèi)提供了高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，使它與噪聲源的阻抗和負(fù)載阻抗嚴(yán)重不匹配，從而把不希望的干擾反射回噪聲源，所以稱之為反射式濾波器。反射式濾波器有低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器和全通濾波器，以及T型、п型、C型和L型等種類。

吸收式濾波器是由有耗器件構(gòu)成的，在阻帶內(nèi)吸收噪聲的能量轉(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)用開展很快的一種低通濾波器，已廣泛應(yīng)用于各種電路中。用于電磁噪聲抑制的鐵氧體是一種磁性材料，由鐵、鎳、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100~1500〕。鐵氧體一般做成中空型，導(dǎo)線穿過(guò)其中。當(dāng)導(dǎo)線中的電流穿過(guò)鐵氧體時(shí)低頻電流可以幾乎無(wú)衰減地通過(guò)，但高頻電流卻會(huì)受到很大的損耗，轉(zhuǎn)變成熱量散發(fā)，所以鐵氧體和穿過(guò)其中的導(dǎo)線即成為吸收式低通濾波器，它可等效為電阻和電感的串聯(lián)。根據(jù)濾波器是否含有源元件，可分為有源濾波器和無(wú)源濾波器。由電感、電容和電阻組成的濾波器稱為無(wú)源濾波器。有源濾波器是含有有源器件的各種濾波網(wǎng)絡(luò)。與利用電感器、電容器實(shí)現(xiàn)濾波功能的無(wú)源濾波器相比，有源濾波器可以省去體積龐大的電感元件，便于小型化和集成化，適于實(shí)現(xiàn)較低頻率的濾波。另外，有源濾波器可以獲得電壓或電流增益，以抵償濾波網(wǎng)絡(luò)的衰耗。有源濾波器的有源器件是晶體管和運(yùn)算放大器。近年來(lái)，由于廉價(jià)的集成電路器件的開展，使得有源濾波器在低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器和全通濾波器中都能應(yīng)用。簡(jiǎn)單濾波器電路的頻率特性往往不能滿足動(dòng)態(tài)性能要求，需要采用復(fù)雜的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)濾波器，可應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)綜合理論進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。在濾波網(wǎng)絡(luò)綜合分析理論中，根據(jù)頻率特性的動(dòng)態(tài)響應(yīng)差異把濾波器又分為五種：〔1〕巴特沃思濾波器；〔2〕契比雪夫?yàn)V波器；〔3〕貝塞爾濾波器；〔4〕巴特沃思—湯普森濾波器；〔5〕橢圓響應(yīng)濾波器。根據(jù)濾波器的作用對(duì)象可以分為電源濾波器和信號(hào)濾波器。電源濾波器主要應(yīng)用在電源端口信號(hào)濾波器通常應(yīng)用在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，對(duì)信號(hào)傳輸線的濾波。4.3濾波器的特性4.3.1濾波器的插入損耗及頻率特性濾波器可以定義為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，是由集總或分布參數(shù)電阻器、電感器和電容器，或是它們的某種組合所構(gòu)成的。這樣的網(wǎng)絡(luò)能使某些頻率成分易于通過(guò)而稱為通帶，而阻礙其它一些頻率成分的通過(guò)而稱為阻帶。濾波器的通帶是指這樣的頻率范圍，在此頻率范圍內(nèi)的能量傳輸只有很小或沒有衰減，而濾波器的阻帶那么是指對(duì)能量傳輸衰減很大的頻率范圍。描述濾波器性能的最主要參量是插入損耗IL，插入損耗的定義為：式中：U1為信號(hào)源通過(guò)濾波器在負(fù)載阻抗上建立的電壓；U2為不接濾波器時(shí)信號(hào)源在同一負(fù)載阻抗上建立的電壓。插入損耗的大小是隨工作頻率的不同而變化的，通常把插入損耗隨頻率的變化曲線稱為濾波器的頻率特性，按其頻率特性可把濾波器大體上分為四種：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。

插入損耗是濾波器的一個(gè)重要參數(shù)，它表征了對(duì)干擾的抑制能力。插入損耗與濾波器結(jié)構(gòu)、元件頻率及源阻抗和負(fù)載阻抗有關(guān)。1〕單電容低通濾波器在電子設(shè)備中，穿入屏蔽體的電源線及一些裝有附加屏蔽罩的指示表頭的引線，最簡(jiǎn)單的濾波方法是通過(guò)穿心電容器接入屏蔽體內(nèi)。RS為濾波器向負(fù)載端視入的阻抗，RL為濾波器向源端視入的阻抗。頻率越高電容的阻抗越小，既高頻時(shí)電容器為線路提供了一個(gè)并聯(lián)的低阻抗。如果源電流中同時(shí)存在高頻成分和低頻成分，那么高頻電流主要流過(guò)電容，而低頻電流那么流向負(fù)載，既電容起了濾除高頻成分的作用。電容器的選擇應(yīng)在需要濾除的頻率范圍內(nèi)滿足電容濾波器適用于高頻時(shí)負(fù)載阻抗和源阻抗較大的情況。如設(shè)RS=RL=RC，這種單電容低通濾波器的插入損耗表達(dá)式為:式中f—頻率(Hz)R—信號(hào)源源阻抗、負(fù)載阻抗(Ω)C—濾波電容(F)2〕單電感低通濾波器濾波器電感的阻抗為ZL=jwL，頻率越高電感的阻抗越大，即高頻時(shí)為線路提供了一個(gè)串聯(lián)的高阻抗，高頻成分主要降在電感上，而低頻成分能衰減很小地通過(guò)電感到達(dá)負(fù)載。電感器的選擇應(yīng)在需要濾除的頻率范圍內(nèi)滿足所以電感濾波器適用于高頻時(shí)負(fù)載阻抗和源阻抗較小的場(chǎng)合。如果設(shè)，電感濾波器的插人損耗為

3〕L型低通濾波器的插入損耗L型濾波器由電感濾波器和電容濾波器組合而成，適用于高頻時(shí)負(fù)載阻抗較大，而源阻抗較小的場(chǎng)合。4〕T型濾波器的插入損耗T型濾波器是由兩節(jié)L型濾波器以不同的方式組合而成，適用于高頻時(shí)負(fù)載阻抗和源阻抗都比較小的場(chǎng)合，它比電感濾波器的插入損耗大5〕п型低通濾波器的插入損耗п型濾波器由兩節(jié)型濾波器組合而成，適用于高頻時(shí)負(fù)載阻抗和源阻抗都比較大的場(chǎng)合，與電容濾波器相比由于是多節(jié)濾波器串接而成所以插入損耗更大．濾波效果更好。4.3.2濾波器的阻抗特性濾波器的輸入、輸出阻抗直接影響該器件的插入損耗特性，在許多使用場(chǎng)合，出現(xiàn)濾波器實(shí)際濾波特性與生產(chǎn)廠家給出的指標(biāo)不符，這主要是由于濾波器的阻抗特性決定的。因此，在設(shè)計(jì)、選用、測(cè)試濾波器件時(shí)，阻抗特性是一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。使用電源干擾抑制濾波器時(shí)，遵循輸入、輸出端最大限度失配的原那么，以求獲得最正確抑制效果。四種組合方式其規(guī)律既高阻抗對(duì)應(yīng)電容，低阻抗對(duì)應(yīng)電感濾波器形式與源阻抗、負(fù)載阻抗之間的組合情況騷擾源阻抗濾波器類型負(fù)載阻抗低高低高高低低高源負(fù)載阻抗與濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇4.3.3濾波器的反射系數(shù)當(dāng)濾波器的輸出阻抗Zout與負(fù)載電阻Rl相等時(shí)，兩者匹配，此時(shí)負(fù)載無(wú)反射。當(dāng)Rl≠Zout時(shí)，電路失配，那么終端會(huì)產(chǎn)生反射發(fā)射系數(shù)Γ為

當(dāng)負(fù)載含有電抗時(shí)，反射系數(shù)是復(fù)數(shù)。反射系數(shù)與衰減的關(guān)系是工程應(yīng)用中，常用反射系數(shù)Γ來(lái)表示通帶內(nèi)的最大失配情況。4.3.4濾波器的其他特性

電壓：濾波器的額定電壓要適宜，以便在所要求的工作條件下，提供可靠的工作性能。過(guò)高的電壓可能損壞濾波器的電容和電阻。額定電壓非常重要，特別是遇到很大的電壓偏差或短脈沖的時(shí)候。額定電流：為了防止損壞濾波器中的電阻和電容，應(yīng)當(dāng)依據(jù)濾波器在連續(xù)工作時(shí)所通過(guò)的最大電流值來(lái)計(jì)算或設(shè)定濾波器的額定電流。在可能的情況下，可使濾波器的額定電流值與導(dǎo)線連線的額定電流值一致，或者與保險(xiǎn)絲規(guī)定的數(shù)值—致。假設(shè)濾波器采用了不必要的過(guò)高額定電流值，那么會(huì)增加濾波器的重量和占用更大的空間。假設(shè)額定電流的數(shù)值過(guò)小，那么會(huì)降低濾波器的工作可靠性及造成平安隱患。濾波器的平安系數(shù)應(yīng)當(dāng)與電路中的其它元件一致。絕緣電阻：濾波器的絕緣電阻在其壽命期間有可能發(fā)生變化。為使濾波器正常工作，應(yīng)確定其絕緣電阻的最大變化值，并在電路設(shè)計(jì)階段加以考慮。尺寸與重量：在某些應(yīng)用中，濾波器的尺寸和重量有可能是非常重要的。在空間有限情況下，加一個(gè)或減少一個(gè)濾波器的元件都可能改變?yōu)V波器的尺寸和重量。濾波器的制造商經(jīng)常會(huì)提供濾波器的形狀，安裝方法以及連接方法等數(shù)據(jù)給用戶。溫度：濾波器要能夠在一定的溫度范圍下正常工作。根據(jù)工作目的，工作環(huán)境的不同，對(duì)濾波器的要求也不一樣。對(duì)于軍事設(shè)備，其溫度范圍可達(dá)-65°C至85°C。但對(duì)工業(yè)和商業(yè)用設(shè)備，工作的溫度范圍要小很多。可靠性：濾波器元件的可靠性要與設(shè)備的可靠性要求相一致，并且其可靠性往往高于其它設(shè)備元件。這一點(diǎn)之所以非常重要是因?yàn)橛呻姶鸥蓴_所產(chǎn)生的問題比起其它的元件問題更難發(fā)現(xiàn)。4.4常用的濾波裝置與器件

4.4.1電容器

電容器內(nèi)絕緣介質(zhì)材料的特性是電容器綜合性能的重要制約因素。對(duì)于不同類型的電容器，其特性應(yīng)滿足某一標(biāo)準(zhǔn)但不滿足其他標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際的電容器不是純電容，還包括電阻和電感。(a)實(shí)際電容器的等效電路；〔b〕實(shí)際電容器的頻率特性電感分量是由引線和電容結(jié)構(gòu)所決定的，電阻是介質(zhì)材料所固有的。電感分量是影響電容頻率特性的主要指標(biāo)，因此，在分析實(shí)際電容器的旁路作用時(shí)，用串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來(lái)等效。實(shí)際電容器的特性如圖(b)所示，當(dāng)角頻率為時(shí)，會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振，這時(shí)電容的阻抗最小，旁路效果最好。超過(guò)諧振點(diǎn)后，電容器的阻抗特性呈現(xiàn)電感阻抗的特性—隨頻率的升高而增加，旁路效果開始變差。這時(shí)，作為旁路器件使用的電容器就開始失去旁路作用。理想電容的阻抗是隨著頻率的升高而降低，而實(shí)際電容器的阻抗具有如圖(b)所示的頻率特性，在頻率較低時(shí)，呈現(xiàn)電容特性，即阻抗隨頻率的增加而降低，在某一點(diǎn)發(fā)生諧振，在這點(diǎn)電容的阻抗等于等效串聯(lián)電阻R。在諧振點(diǎn)以上，由于等效電感L的作用，電容阻抗隨著頻率的升高而增加，這時(shí)電容呈現(xiàn)電感的阻抗特性。在諧振點(diǎn)以上，由于電容的阻抗增加，因此對(duì)高頻噪聲的旁路作用減弱，甚至消失。選擇電容器類型時(shí)，工作頻率是一個(gè)重要因素。電容器的最高使用頻率通常受電容器中的電感和引線長(zhǎng)度限制。在某些頻率上電容器因電感會(huì)產(chǎn)生自諧振蕩。超過(guò)自諧振頻率，電容器的阻抗將隨著頻率的增加而增大。頻率上限是由于自振蕩或在高頻時(shí)損耗系數(shù)增大所致。頻率下限取決于可用的最大實(shí)際電容值。常用電容器的適用頻率電容器典型失效方式電容器類型正常使用過(guò)壓電容器類型正常使用過(guò)壓鋁電解開路短路聚酯薄膜短路短路陶瓷開路短路金屬化聚酯薄膜泄漏噪聲云母短路短路固態(tài)鉭短路短路陶瓷電容的自諧振頻率

電容值pF自諧振頻率，MHz電容值pF自諧振頻率，MHz線長(zhǎng)度6mm線長(zhǎng)度12mm線長(zhǎng)度6mm線長(zhǎng)度12mm10000121001501201000353250220200500706510500350表中顯示出在高頻時(shí)，優(yōu)先選用電容值小的電容器，因?yàn)槠渥灾C振頻率較高。1)鋁電解電容特點(diǎn)：容量與體積的比值較大；串聯(lián)電阻較大；對(duì)溫度敏感；感抗較大。適用場(chǎng)合：適用于溫度變化不大，工作頻率不高〔不高于25kHz〕的場(chǎng)合，如低頻濾波、旁路、耦合。使用本卷須知：鋁電解電容器具有極性，安裝時(shí)，加在其上的直流電壓必須保持正確的極性。鋁電解電容器工作在額定電壓的80%時(shí)能得到最大壽命。當(dāng)鋁電解電容器用于交流或脈動(dòng)直流電路時(shí)，脈動(dòng)電壓不能超過(guò)最大額定脈動(dòng)電壓，否那么，會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生過(guò)多的熱量。鋁電解電容器不能工作在推薦的額定溫度以外。2)鉭電解電容特點(diǎn)：容量與體積的比值較大；串聯(lián)電阻??；溫度穩(wěn)定性好；感抗小。適用場(chǎng)合：適用于溫度變化較大，工作頻率不高〔不高于25kHz〕的場(chǎng)合。使用本卷須知：一般情況下，其比鋁電解電容器具有對(duì)時(shí)間、溫度、震動(dòng)更好的適用性。鉭電解電容器要獲得更高的可靠性需以降低工作電壓為代價(jià)。3)紙介質(zhì)電容和聚酯薄膜電容特點(diǎn)：容量和體積的比值較小；串聯(lián)電阻?。浑姼兄递^大。適用場(chǎng)合：適用于電容量不大、工作頻率不高〔1MHz〕的場(chǎng)合，如濾波、旁路、耦合、時(shí)基和噪聲抑制。使用本卷須知：管型紙介質(zhì)電容或聚酯薄膜電容器通常一端有一環(huán)帶，與環(huán)帶一端相連的導(dǎo)線和電容器的外殼相連。通常，環(huán)帶端應(yīng)與地或公共參考電位相連。這樣，電容器外殼可起到屏蔽作用，減少電場(chǎng)耦合對(duì)電容器的影響。紙介質(zhì)電容

聚酯薄膜電容4)云母和陶瓷電容器特點(diǎn)：容量與體積的比值很高；串聯(lián)電阻??；電感值小；相當(dāng)穩(wěn)定的頻率/容量特性。適用場(chǎng)合：適用于電容量小，工作頻率高〔當(dāng)電容的引線很短時(shí)，使用頻率可達(dá)500MHz〕的場(chǎng)合，如高頻濾波、旁路、耦合、時(shí)基和頻率鑒別。使用本卷須知：承受尖峰電壓的能力較弱，因此在其旁路作用時(shí)，不應(yīng)跨接在低阻電源線上。云母電容器陶瓷電容器5)聚苯乙烯電容器特點(diǎn)：串聯(lián)電阻??；電感值??；電容量相對(duì)時(shí)間、溫度、電壓很穩(wěn)定。適用場(chǎng)合：適用于要求頻率穩(wěn)定度高的場(chǎng)合，如濾波、旁路、耦合，時(shí)基和噪聲抑制。聚苯乙烯電容器6)電容器的并聯(lián)電容器不可能在從低頻到高頻整個(gè)頻段內(nèi)都能提供令人滿意的性能。為了在整個(gè)階段內(nèi)提供濾波，經(jīng)常將兩個(gè)不同類型的電容器并聯(lián)使用。如電解電容能夠提供在低頻濾波時(shí)所需要的大電容量，再并聯(lián)一個(gè)小的低感陶瓷或云母電容器可以在高頻時(shí)提供低阻抗通路。然而，當(dāng)電容器并聯(lián)時(shí)，因電容器和所連接電容器及引線電感可能會(huì)引起串聯(lián)或并聯(lián)諧振問題。諧振會(huì)在一特定的頻率上產(chǎn)生很大的阻抗。因此在電容器并聯(lián)且電容值相差懸殊或連線很長(zhǎng)時(shí)必須予以重視。

4.4.2電感器

凡能產(chǎn)生電感作用的元件統(tǒng)稱為電感器。一般的電感器是漆包線、沙包線或鍍銀銅線等在絕緣管上饒一定的圈數(shù)而構(gòu)成的，所以又稱電感線圈。實(shí)際的電感器除了電感參數(shù)以外，還有寄生電阻和電容。其中寄生電容很大。理想電感的阻抗隨著頻率的升高成正比增加，這正是電感對(duì)高頻干擾信號(hào)衰減較大的根本原因。但是，由于匝間寄生電容的存在，實(shí)際的電感器等效電路是一個(gè)LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)角頻率為，會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振，這時(shí)電感的阻抗最大，超過(guò)諧振點(diǎn)后，電感器的阻抗呈現(xiàn)電容阻抗特性—隨頻率增加而降低。電感的電感量越大，往往寄生電容也越大，電感的諧振頻率越低。(a)實(shí)際電感器的等效電路；〔b〕實(shí)際電感器的頻率特性幾個(gè)說(shuō)明：

實(shí)際電感在諧振頻率以下比理想電感的阻抗更高，在諧振點(diǎn)到達(dá)最大，利用這個(gè)特性，可以通過(guò)調(diào)整電感的電感量和繞制方法使電感在特定的頻率上諧振，從而抑制特定頻率的干擾；開放磁芯會(huì)產(chǎn)生磁漏，因此會(huì)在電感周圍產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，對(duì)周圍的電路產(chǎn)生干擾，為了防止這個(gè)問題，盡量使用閉合磁芯；與漏磁現(xiàn)象相反的是開放磁芯電感對(duì)外界的磁場(chǎng)也十分敏感〔收音機(jī)的磁性天線就是一個(gè)利用這個(gè)特性的例子〕，因此，要注意電感拾取外界噪聲而增加電路敏感度的問題。為了防止上述電感本身的電磁兼容問題，往往將電感屏蔽起來(lái)。頻率較高時(shí)，可以用銅或鋁等導(dǎo)電性良好的材料，頻率低時(shí)，要使用高導(dǎo)磁率的材料。電感器〔也可稱為電感線圈〕按工作特征分成固定電感線圈和可變電感線圈〔變感器〕；按磁導(dǎo)體性質(zhì)分成空氣芯線圈和磁芯線圈；按結(jié)構(gòu)特征分成單層、多層、蜂房式或特殊繞組的線圈，有骨架或無(wú)骨架的線圈，帶屏蔽或不帶屏蔽的線圈，密封的或不密封的線圈等。幾類常見電感器：

1〕固定電感器：這是一種電感量小型的固定電感器。過(guò)去常用色帶標(biāo)示電感量的數(shù)值，所以又叫色碼電感。它有四條色帶：第一條色帶表示電感量大小的第一位有效數(shù)字；第二條色帶表示第二位有效數(shù)字；第三條色帶表示乘上10到109中的一個(gè)10的乘方數(shù)；第四條色帶表示電感量的容許誤差值?，F(xiàn)在生產(chǎn)的固定電感器，大局部采用將電感量直接標(biāo)在外殼上的方法，它的構(gòu)造是把線圈繞在高頻磁芯上，再用塑料外殼或環(huán)氧樹脂封裝起來(lái)，頻率可從10kHz至200MHz，所以又叫高頻電感線圈。電感量一般可從0.1至33000μH，有Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)三種。高頻電感線圈型號(hào)用“LG”表示，其中L代表電感線圈，G代表高頻。按結(jié)構(gòu)形式為L(zhǎng)G1型臥式的，LG2型立式的兩種。如：電感器上標(biāo)有BⅡ150μH字樣的意思是：這是一只標(biāo)稱電流為B(150mA)、允許偏差為Ⅱ級(jí)、電感量為150μH的電感器。2〕可變電感器：電感量可在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)的電感器。例如，長(zhǎng)棒形磁芯在線圈中移動(dòng)，棒在線圈正中電感量最大，棒移出線圈外時(shí)那么電感量最小。當(dāng)與固定電容器配合使用于諧振回路可起調(diào)諧作用。3〕微調(diào)電感器：它的電感量調(diào)節(jié)范圍較小，在使用中實(shí)際上為一固定電感器，微調(diào)的目的在于滿足器件和整機(jī)調(diào)試時(shí)的需要以及補(bǔ)償電感器生產(chǎn)中的不一致性。微調(diào)電感器按磁芯結(jié)構(gòu)的不同有多種形式，如螺紋磁芯微調(diào)電感器、罐形磁芯微調(diào)電感器以及中頻變壓器等。4〕平面電感器：為縮小電感器體積，用薄膜電路或厚膜電路技術(shù)在絕緣〔陶瓷、玻璃等〕基片上制出金屬平面螺線的電感器稱平面電感器又稱膜電感。5〕天線線圈：收音機(jī)輸入調(diào)諧回路用的電感線圈叫天線線圈，在電子管收音機(jī)中，它與外接天線接通，電子管收音機(jī)用的天線線圈常用空心式或加可調(diào)磁芯。中波波段用的天線線圈，常用多股的絲漆包線在絕緣管上繞成蜂房線圈。短波波段用的，那么常用較粗的單股銅線在紙膠管或塑料骨架上繞單層線圈。6〕振蕩線圈：是超外差式收音機(jī)本機(jī)振蕩回路中的電感元件。一般用塑料骨架，以減小高頻損耗。為了提高Q值，一般都有鐵氧體芯。7〕阻流圈：具有一定電感量的線圈。它的根本用途是根據(jù)電路需求，阻止不需要的那局部頻率的電流通過(guò)，所以又叫阻流圈。用在電源設(shè)備平滑濾波中的叫濾波阻流圈；用在音頻電路中的叫音頻阻流圈；用在高頻電路中的叫高頻阻流圈。阻流圈的結(jié)構(gòu)形式及使用的材料隨其用途，亦隨其工作頻率而不同。4.4.3鐵氧體EMI抑制元件

一般LC濾波器屬反射式濾波器，其缺點(diǎn)是當(dāng)它和信號(hào)源不匹配時(shí)，一局部有用能量會(huì)被反射回信號(hào)源，從而導(dǎo)致干擾電平的增加。為拓寬抑制帶寬，在電磁干擾濾波器中還用了一種吸收式濾波器，使有用信號(hào)能有效地通過(guò)，但不需傳輸?shù)哪芰磕敲幢黄滢D(zhuǎn)化為熱能。目前廣泛使用的吸收型濾波器主要是由鐵氧體磁性材料制成。鐵氧體在交變磁場(chǎng)作用下，會(huì)象其它磁性材料一樣產(chǎn)生渦流損耗、磁滯損耗和剩余損耗。這類損耗隨著磁場(chǎng)頻率的升高而增加，增加速度與鐵氧體材料的配方有關(guān)。吸收式濾波器正是利用這一特性，來(lái)消耗不希望傳輸?shù)母蓴_信號(hào)。例如，電源系統(tǒng)常用的一種同軸型吸收濾波器，就是以內(nèi)外外表均涂有導(dǎo)電材料的鐵氧體管制成的。用測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的兩種吸收濾波器的插入損耗曲線

濾波器的插入損耗隨鐵氧體管長(zhǎng)度的增加而增加。抗EMI濾波器〔杭電新型電子器件與應(yīng)用研究所〕1〕鐵氧體EMI抑制元件的類型實(shí)際應(yīng)用中可以將鐵氧體這一類物質(zhì)制成柔性的磁管，其磁導(dǎo)率雖比剛性的磁環(huán)與磁條要低，但沒有飽和及諧振現(xiàn)象，可以使用到100MHz以上。根據(jù)不同的使用場(chǎng)合鐵氧體濾波器也可以做成多種形式，

各種鐵氧體磁環(huán)(a)線磁珠；(b)外表安裝磁珠；(c)多線磁珠；(d)圓磁環(huán)；(e)柱型磁環(huán)(f)矩型磁環(huán)；(g)DIP接口磁板；(h)分裂式圓電纜磁環(huán)(i)分裂式扁平電纜磁環(huán)；(j)穿孔磁環(huán)2〕鐵氧體材料的復(fù)磁導(dǎo)率與阻抗的關(guān)系鐵氧體一般屬于非導(dǎo)電陶瓷，由鐵的氧化物、鎳、錳、鋅及稀土元素組成。在抑制電磁騷擾應(yīng)用方向，對(duì)鐵氧體性能影響最大的是鐵氧體材料的特性——磁導(dǎo)率，它直接與鐵氧體芯的阻抗成正比。它的磁導(dǎo)率是一個(gè)復(fù)數(shù)，以表示，其中

為無(wú)功磁導(dǎo)率，構(gòu)成感性阻抗，構(gòu)成阻性損耗，后者隨使用頻率的升高而增加。目前應(yīng)用的鐵氧體吸收器主要利用其的功能。

用復(fù)磁導(dǎo)率來(lái)表達(dá)鐵氧體芯的阻抗等式為其中：式中，L0=鐵氧體芯的電感。因而：鐵氧體芯的阻抗也可以看作為是一系列感抗〔XL〕和損耗電阻〔RS〕的組合，它們均與頻率有關(guān)。無(wú)損耗鐵氧懷芯的阻抗可以由其感抗來(lái)表示有損耗的鐵氧體芯的阻抗為式中，RS為所有串聯(lián)電阻之和。在低頻段，元器件的阻抗主要是感抗，隨著頻率的升高，電感減小的同時(shí)損耗增加。因此，總的阻抗增加了。磁性品質(zhì)因素為那么，感抗與復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部成正比，可以通過(guò)L0直接得到而損耗電阻與復(fù)磁導(dǎo)率的虛部成正比就可以得到阻抗為即：鐵氧體芯的材料決定了和；鐵氧體芯的幾何形狀決定了L0。因此，如果知道了不同鐵氧體的復(fù)磁導(dǎo)率，就可以比較各種鐵氧體，以選擇在所用頻率范圍內(nèi)最適合的鐵氧體。在選擇了最正確的材料后，再選擇最正確尺寸的鐵氧體。鐵氧體的等效阻抗Z是頻率的函數(shù)

如果廠家提供了鐵氧體材料(推薦用于電磁騷擾抑制)的復(fù)磁導(dǎo)率隨頻率變化的曲線的話，僅比較鐵氧體芯的形狀和鐵氧體芯所用的材料，以獲得最正確阻抗是很方便的。鐵氧體等效電路的阻抗矢量表示3〕鐵氧體EMI抑制元件的特性特點(diǎn)：具有高的電阻率；頻率高達(dá)千兆赫茲也能保持低的渦流損耗；本錢低；體積小；安裝方便；適用場(chǎng)合廣泛。適用場(chǎng)合：高頻去耦、寄生抑制和屏蔽，當(dāng)所抑制的信號(hào)頻率超過(guò)時(shí)，提供的抑制效果相當(dāng)明顯。鐵氧體環(huán)最適合于用來(lái)吸收由開關(guān)瞬態(tài)或電路中的寄生響應(yīng)而產(chǎn)生的高頻震蕩，也可以用來(lái)抑制輸出或輸入的高頻噪聲。使用本卷須知：鐵氧體環(huán)所提供的衰減取決于環(huán)內(nèi)電路的負(fù)載阻抗和源阻抗。為了使其有效，鐵氧體換在工作頻率上必須能給線路提供有效的大的阻抗。負(fù)載阻抗較高時(shí)，可以通過(guò)附加低感的旁路電容器以降低負(fù)載阻抗，進(jìn)而提高環(huán)的效能。如果單個(gè)鐵氧體環(huán)不能提供有效的衰減，可用多個(gè)鐵氧體環(huán)代替單個(gè)鐵氧體環(huán)。當(dāng)在有直流電流通過(guò)的電路上使用鐵氧體環(huán)時(shí)，必須保證通過(guò)的電流不會(huì)使鐵氧體材料到達(dá)磁飽和。由于鐵氧體環(huán)是感性的，因此不能不加選擇的使用。當(dāng)使用不當(dāng)時(shí)，它能自己在線路中產(chǎn)生振蕩。鐵氧體EMI抑制元件的安裝：同樣的鐵氧體抑制元件，由于安裝的位置不同，其抑制效果會(huì)有很大區(qū)別。在大局部情況下，鐵氧體抑制元件安裝在盡可能接近騷擾源的地方。這樣可以防止噪音耦合到其他地方，在那些地方噪音可能更難以抑制。但是I/O電路中，在導(dǎo)線或電纜進(jìn)入或引出屏蔽殼的地方，鐵氧體器件應(yīng)盡可能安裝在靠近屏蔽殼的進(jìn)出口處，以防止噪音在經(jīng)過(guò)鐵氧體抑制元件之前耦合到其他地方。4〕鐵氧體EMI抑制元件的應(yīng)用鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于PCB、電源線和數(shù)據(jù)線上。〔a〕鐵氧體EMI抑制元件在PCB上的應(yīng)用EMI設(shè)計(jì)的首要方法是抑元法，即在PCB上的EMI源處將EMI抑制掉。這個(gè)設(shè)計(jì)思想是將噪音限制在小的區(qū)域，防止高頻噪音耦合到其他電路，而這些電路通過(guò)連線可能產(chǎn)生更強(qiáng)的輻射。PCB上的EMI源來(lái)自數(shù)字電路。其高頻電流在電源線和地之間產(chǎn)生一個(gè)共模電壓降，造成新的騷擾。電源線或信號(hào)線上的去耦電容會(huì)將IC開關(guān)的高頻噪音短路，但是去耦電容常常會(huì)引起高頻諧振，造成新的騷擾。在電路板的電源進(jìn)口處加上鐵氧體抑制磁珠會(huì)有效地將高頻噪音衰減掉?！瞓〕鐵氧體EMI抑制元件在電源線上的應(yīng)用電源線會(huì)把外界電網(wǎng)的騷擾、開關(guān)電源的噪音傳到主機(jī)。在電源的出口和PCB電源線的入口設(shè)置鐵氧體抑制元件，即可抑制電源與PCB之間的高頻騷擾的傳輸，也可抑制PCB之間高頻噪音的相互騷擾。值得注意的是，在電源線上應(yīng)用鐵氧體元件時(shí)有偏流存在。鐵氧體的阻抗和插入損耗隨著偏流的增加而減少。當(dāng)偏流增加到一定值時(shí)，鐵氧體抑制元件會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。在EMC設(shè)計(jì)時(shí)要考慮飽和時(shí)插入損耗降低的問題。鐵氧體的磁導(dǎo)率降低，插入損耗受偏流的影響越小，越不易飽和。所以用在電源線上的鐵氧體抑制元件，要選擇磁導(dǎo)率低的材料和橫截面積大的元件。當(dāng)偏流較大時(shí)，可將電源的出線〔AC的火線，DC的正線〕與回線〔AC的中線，DC的地線〕同時(shí)穿入一個(gè)磁管。這樣可防止飽和，但這種方法只抑制共模噪音。鐵氧體抑制元件最常用的地方就是信號(hào)線，例如，在計(jì)算機(jī)中，EMI信號(hào)會(huì)通過(guò)主機(jī)到鍵盤的電纜傳入到主機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，而后耦合到CPU，使其不能正常工作。主機(jī)的數(shù)據(jù)或噪音也可通過(guò)電纜線輻射出去。鐵氧體磁珠可用在驅(qū)動(dòng)電路與鍵盤之間，將高頻噪音抑制。由于鍵盤的工作頻率在1MHz左右，數(shù)據(jù)可以幾乎無(wú)損耗地通過(guò)鐵氧體磁珠。扁平電纜也可用專用的鐵氧體抑制元件，將噪音抑制在其輻射之前?！瞔〕鐵氧體抑制元件在信號(hào)線上的應(yīng)用〔5〕使用鐵氧體磁環(huán)時(shí)應(yīng)注意以下問題〔a〕電纜或?qū)Ь€應(yīng)與環(huán)內(nèi)徑密貼,不要留太大的空隙。這樣導(dǎo)線上電流產(chǎn)生的磁通可根本上都集中在磁環(huán)內(nèi)，從而增加濾波效果?！瞓〕磁環(huán)越長(zhǎng)阻抗越大。例如2個(gè)截面積相同的磁珠，長(zhǎng)度為6.68mm的磁珠在100MHz時(shí)阻抗為110Ω，長(zhǎng)度為13.97mm的磁珠阻抗那么為220Ω，如果一個(gè)磁環(huán)不起作用可以多穿幾個(gè)磁環(huán)?！瞔〕有時(shí)為增加阻抗可以把導(dǎo)線在磁環(huán)上多繞兩圈，也可用穿孔磁環(huán)，增加匝數(shù)。理論上阻抗與匝數(shù)平方成正比，但由于匝與匝之間存在分布電容，高頻時(shí)實(shí)際增加的阻抗不可能到達(dá)預(yù)期效果，所以一般最多繞匝?！瞕〕磁環(huán)內(nèi)的導(dǎo)線如流過(guò)直流或低頻交流電流的強(qiáng)度較大那么會(huì)使其濾波作用失效，因?yàn)殍F氧體磁環(huán)與其他電感器鐵芯相比容易產(chǎn)生磁飽和，這時(shí)磁導(dǎo)率急劇下降，阻抗也隨之下降。在利用磁珠抑制差模電流時(shí)要注意產(chǎn)品說(shuō)明書給出的電流允許值，特別當(dāng)磁珠用作大電流的電源濾波器時(shí)要挑選允許電流值大的磁珠。在用磁環(huán)抑制共模噪聲電流時(shí)最好把正負(fù)電源線對(duì)或正負(fù)信號(hào)線對(duì)都穿過(guò)磁環(huán)，這樣磁環(huán)就不易產(chǎn)生磁飽和?！瞖〕如果使用鐵氧體磁珠或磁環(huán)的線路負(fù)載阻抗很高，那么磁珠很可能不起作用，因?yàn)榇胖榈淖杩乖趲装僬缀諘r(shí)也只有幾百歐、因此磁珠比較適用于低阻抗電路。如果能在磁珠后面再并接一個(gè)電容組成類似L—C濾波器那么會(huì)大大降低負(fù)載阻抗，從而增加濾波效果。綜上所述鐵氧體磁珠與電感器的功能是相同的，都是對(duì)高頻產(chǎn)生高阻抗，只是磁珠是吸收性的，而電感器是反射性的，磁珠的高頻濾波性能比電感器好。磁珠可以做得很小，而且使用起來(lái)比電感器更方便靈活。4.4.4其他類型的常用EMI濾波裝置與器件

〔1〕有源濾波器

(a)(b)圖4.13有源濾波器及其頻率特性有源濾波器；(b)頻率特性(a)(b)圖4.14組合濾波器及其頻率特性(a)組合濾波器；(b)頻率特性〔2〕電纜濾波器電纜濾波器就是將具有一定磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率的柔軟性鐵氧體磁芯包在載流線上，然后在磁芯上在密結(jié)一層磁導(dǎo)線，用來(lái)增加正常的集膚效應(yīng)，提高對(duì)高頻干擾的吸收作用。外面再加一層高壓絕緣，就成了電纜濾波器。〔3〕三端電容器圖4.15三端電容〔4〕芯片電容器盡管外表安裝芯片電容器不被看作EMI濾波器的主要元件，但它們?cè)诖擞猛緯r(shí)有很特別的優(yōu)勢(shì)——引腳電感等于零。芯片電容器的總電感被削減到只有它自身的電感，比常用器件的元件電感與引線電感之和小倍。在電容值相同的情況下，芯片電容器的諧振頻率可以是引線型電容器的兩倍。為了不因?yàn)轭~外的走線電感而喪失芯片電容器原有的優(yōu)勢(shì)，連接到濾波電容器的走線應(yīng)盡可能地短。外表安裝電容器有準(zhǔn)饋通式或三端形式可供使用。這種類型的器件具有伸長(zhǎng)的外形，電容器兩邊的端子將信號(hào)傳過(guò)電容器，中間的端子直接連接到PCB的接地平面上?！?〕穿心電容器圖4.16穿心電容的實(shí)物與原理圖差模扼流圈一般是單線扼流圈，串聯(lián)在單根傳輸線上。單線扼流圈通常是把導(dǎo)線纏繞在磁損較大的鐵粉芯上，電感值可達(dá)幾十毫亨。共模扼流圈可插人傳輸導(dǎo)線對(duì)中，同時(shí)抑制每根導(dǎo)線對(duì)地的共模噪聲，而對(duì)于傳輸線中傳輸?shù)牟钅ｋ娏髂敲礇]有影響〔6〕差模扼流圈和共模扼流圈圖4.17共模扼流圈電路圖；(b)結(jié)構(gòu)圖

共模扼流圈的優(yōu)點(diǎn)就在于即使有較大差模電流通過(guò)也不會(huì)使磁環(huán)飽和，而對(duì)于共模電流那么有較大的電感(約幾毫亨)，所以可以用在大電流的電源濾波器中。共模扼流圈在流過(guò)差模電流時(shí)磁通在磁環(huán)中互相抵消，所以磁環(huán)可以用飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度較低即磁損小但磁導(dǎo)率高的鐵氧體材料。單扼流圈是繞在磁性材料上的，當(dāng)扼流圈中的電流大到一定程度時(shí)磁性材料將產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，這時(shí)磁性材料的磁導(dǎo)率將急劇下降，電感量也隨之大大減小，單扼流圈就不能起到濾波作用了，所以應(yīng)該采用飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高即磁損大的磁芯，例如金屬粉末磁芯，同時(shí)磁芯的截面積也不能過(guò)小。

〔7〕高通濾波器圖4.18低通與高通的轉(zhuǎn)換〔8〕帶通和帶阻濾波器圖4.19諧振濾波器4.5EMI電源濾波器在電子設(shè)備供電電源上，存在有各式各樣的外來(lái)干擾信號(hào)。這些EMI信號(hào)，通過(guò)傳導(dǎo)和輻射的方式，影響著電子設(shè)備。很多電子設(shè)備在完成正常工作的同時(shí)，也產(chǎn)生了形形色色的EMI信號(hào)，反響回到電網(wǎng)中去。如數(shù)字電路設(shè)備中，產(chǎn)生多種重復(fù)頻率的脈沖串，這些脈沖串的高次諧波，成了很復(fù)雜的EMI源。穩(wěn)壓電源本身也就是一種潛在的EMI源。線形穩(wěn)壓源一般由變壓器、整流管、調(diào)整管組成，因整流形成單向脈沖電流，會(huì)產(chǎn)生EMI信號(hào)。開關(guān)電源與線性穩(wěn)壓電源相比，省去了笨重的電源變壓器，具有體積小、效率高的明顯優(yōu)點(diǎn)，在軍用、民用電子設(shè)備上得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。但它本身就是很強(qiáng)的EMI源，它產(chǎn)生的EMI信號(hào)既占有很寬的頻率范圍，又有很大的幅度。這些EMI信號(hào)也同樣通過(guò)傳導(dǎo)和輻射的方式去污染電磁環(huán)境，影響其他電子設(shè)備的工作。在抗EMI信號(hào)的輻射危害方面，屏蔽是最好的措施。在對(duì)付EMI信號(hào)的傳導(dǎo)干擾和某些輻射干擾方面，電源EMI濾波器是極有效的器件。電源EMI濾波器實(shí)際上是一種低通濾波器，它毫無(wú)衰減地把直流、50Hz、400Hz的電源功率傳輸?shù)皆O(shè)備上去，卻大大衰減經(jīng)電源線傳入的EMI信號(hào)，保護(hù)設(shè)備免受其害。同時(shí)，它又能抑制設(shè)備本身產(chǎn)生的EMI信號(hào)，防止它進(jìn)入電網(wǎng)，污染電磁環(huán)境，危害其他設(shè)備。電源EMI濾波器是電子設(shè)備滿足有關(guān)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)要求行之有效的器件。電源EMI濾波器，又稱電網(wǎng)濾波器、電網(wǎng)噪音濾波器、進(jìn)線濾波器、噪音濾波器等。在述及電源EMI濾波器前，先討論電源系統(tǒng)內(nèi)存在的干擾信號(hào)。4.5.1電源線上的干擾

從電源線上的干擾方式、對(duì)干擾方式的判斷以及干擾是如何進(jìn)入設(shè)備的進(jìn)行分析。1〕干擾的方式電源干擾的復(fù)雜性中眾多原因之一是包含了許多可變的因素。但是從整體上考慮，可以把干擾看作是以“共模”或“差?！眱煞N方式存在。電源線中的共模干擾是指火線對(duì)大地，或中線對(duì)大地之間的干擾。對(duì)三相電路來(lái)說(shuō)，共模干擾存在于任何一相與大地之間。共模干擾有時(shí)也稱為縱模干擾、不對(duì)稱干擾或接地干擾。這是載流導(dǎo)體與大地之間的干擾。差模干擾是線與線之間的干擾，如電源相線與中線之間的干擾。對(duì)三相電路來(lái)說(shuō)，差模干擾還指存在于相線與相線之間的干擾。差模干擾有時(shí)也稱為常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾。這是載流導(dǎo)體之間的電位差。〔a〕共模干擾(b)差模干擾共模與差模干擾干擾的模式給出了干擾源與耦合通路之間的關(guān)系。舉例說(shuō)，共模干擾提示了干擾是由輻射或串?dāng)_形式耦合到電路里的。如雷電，設(shè)備近處的電弧，附近的電臺(tái)，其他大功率輻射裝置在電源線上的干擾，也包括機(jī)箱內(nèi)部線路或其他電纜對(duì)電源線的干擾。由于是來(lái)自空間的感應(yīng)，故對(duì)每一根導(dǎo)線的作用是相同的。而差模干擾提示了干擾是源于同一電源線路之中。如同一線路中工作的電機(jī)、開關(guān)電源及可控硅等，它們?cè)陔娫淳€上所產(chǎn)生的干擾就是差模干擾。通常，線路上干擾電壓的差模分量和共模分量是同時(shí)存在的，而且由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會(huì)相互轉(zhuǎn)變。干擾在線路上經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后，差模分量的衰減要比共模分量的大，這是因?yàn)榫€間阻抗和線-地阻抗不同的緣故。共模干擾的頻率一般分布在以1MHz上，因此共模干擾在線路上傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還會(huì)向鄰近輻射〔這是因?yàn)榫€-地阻抗較大，加上共模干擾的頻率比較高，故容易逸出傳輸線，形成空間感應(yīng)〕。電源線的輻射，特別是進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部后的電源線輻射，可進(jìn)一步耦合到信號(hào)電路去形成干擾，所以很難防范。而差模干擾的頻率相對(duì)較低，不易形成輻射。在一般線路中，在對(duì)付差模干擾時(shí)已經(jīng)有了不少措施〔例如，在穩(wěn)壓電路中已經(jīng)用了很大的電容；在印刷線路板上，電源線與地線之間也普遍使用了去耦電容〕，故由差模干擾引起設(shè)備誤動(dòng)作的時(shí)機(jī)相對(duì)減少。因此，設(shè)備的敏感度問題大局部是由共模干擾引起的?！?〕對(duì)干擾方式的判斷針對(duì)不同的干擾方式，應(yīng)當(dāng)尋找不同的處理對(duì)策。因此，區(qū)分電源線上的干擾方式是十分重要的。在采用電流探頭進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可為確認(rèn)干擾方式提供一種簡(jiǎn)單的方法：探頭〔可用磁環(huán)擔(dān)當(dāng)。在磁環(huán)上再繞幾匝線圈用做測(cè)量用，測(cè)量線圈接到示波器的觀察探頭上〕先分別套在每一根電源線上，觀察這些線路的干擾情況。如果在同時(shí)觀察幾根線的干擾比在一根線上的干擾是加強(qiáng)的，那么此種干擾屬共模干擾；反之，那么是差模干擾。〔3〕干擾是如何進(jìn)入設(shè)備的干擾進(jìn)入設(shè)備的途徑不外乎是電磁耦合、電容耦合和直接進(jìn)入等三條不同的途徑。當(dāng)一根導(dǎo)線通過(guò)一個(gè)磁場(chǎng)，或一個(gè)磁場(chǎng)在靠近一根導(dǎo)線時(shí)都會(huì)有電磁耦合，在導(dǎo)線上會(huì)感生出一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，這就是變壓器效應(yīng)。因此當(dāng)一個(gè)外磁場(chǎng)在靠近計(jì)算機(jī)時(shí)，就可能在計(jì)算機(jī)中引入噪聲干擾。電容耦合是產(chǎn)生噪聲干擾的另一個(gè)原因。當(dāng)兩個(gè)物體相互靠近時(shí)，在兩個(gè)物體之間存在的容抗就可以形成一條導(dǎo)電的通路，從而影響到兩者固有的導(dǎo)電情況。如果兩者之間的電壓差到達(dá)相當(dāng)高的程度，而且距離有很近時(shí)，甚至有可能在兩個(gè)物體之間產(chǎn)生放電，形成電壓的瞬變。噪聲干擾對(duì)設(shè)備可能造成的第一個(gè)影響是設(shè)備的工作狀態(tài)出錯(cuò)。你有可能為此而付出高昂的代價(jià)。例如數(shù)控加工機(jī)床在噪聲干擾的作用下，可能在一個(gè)錯(cuò)誤的位置上鉆了一個(gè)錯(cuò)誤的孔，結(jié)果使一個(gè)價(jià)值幾萬(wàn)元的工件因此而報(bào)廢。噪聲干擾可能造成的第二個(gè)直接影響是引起設(shè)備硬件損壞。例如，在一臺(tái)開關(guān)電源中，瞬間發(fā)生的雷擊干擾就有可能使整流二極管擊壞。即使僥幸通過(guò)整流局部，由于普通的電解電容對(duì)于高頻干擾的平滑作用很差，使它有可能繼續(xù)入侵低壓局部，最后進(jìn)入設(shè)備的控制局部，余下的后果將是不言而喻了?！?〕干擾的抑制技術(shù)目前有各種各樣的器件和設(shè)備能有效抑制電源線的干擾，他們中有簡(jiǎn)單的，只需要單個(gè)元件的瞬變干擾抑制器，有復(fù)雜的，自動(dòng)化的在線不間斷電源〔UPS〕系統(tǒng)。事實(shí)上全球每年投入成百上千萬(wàn)美元，以便解決這些問題。對(duì)這些產(chǎn)品的正確選擇和使用是很重要的，而不正確的應(yīng)用方法那么可能是電源干擾最普通的起因。此外，對(duì)共模和差模兩種干擾的區(qū)分非常重要。不同的干擾方式要用不同的方法才能得到解決。例如，不能期望用在線路板的電源和地之間拼命增加去耦電容的容量來(lái)解決脈沖群的干擾，這也就是不能用抑制差模干擾的方法來(lái)抑制共模干擾的道理。電源干擾的抑制技術(shù)

4.5.2EMI電源濾波器一般常用的典型電路

開關(guān)電源已廣泛用于許多電子設(shè)備中。它與一般的線性穩(wěn)壓電源相比，省去了笨重的電源變壓器，具有體積小、效率高的明顯優(yōu)點(diǎn)。它本身就是EMI源，它產(chǎn)生的EMI信號(hào)既占有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。要把它產(chǎn)生的EMI信號(hào)，控制在有關(guān)的EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限電平以下，必須采用特殊設(shè)計(jì)的開關(guān)電源EMI濾波器。

開關(guān)電源的工作頻率約在10~100kHz。EMC很多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的傳導(dǎo)干擾電平的極限都是從10kHz算起，難以抑制的也是開關(guān)電源低頻段的EMI信號(hào)。對(duì)開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻段EMI信號(hào)與脈沖數(shù)字電路產(chǎn)生的EMI信號(hào)一樣，用相適應(yīng)的去耦電路或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的EMI濾波器，就能使其到達(dá)有關(guān)的EMC標(biāo)準(zhǔn)。開關(guān)電源的干擾頻率和頻域要比工頻電源的頻率50~400Hz高的多和寬的多。因此，作為抑制干擾的電源濾波器應(yīng)該是一個(gè)性能優(yōu)良的低通濾波器，它只讓工頻通過(guò)，要抑制除工頻外的一切無(wú)用或有害干擾頻率。根據(jù)抑制干擾的程度又分為一般性能和高性能兩種電源濾波器。一般性能電源濾波器電路高性能電源濾波器電路

一般性能共模等效電路一般性能差模等效電路高性能的共模等效電路高性能的差模等效電路4.5.3CX和CY電容器電源EMI濾波器中的幾個(gè)電容分別用了兩種不同的下標(biāo)，“CX”和“CY”，下標(biāo)“X”和下標(biāo)“Y”不僅說(shuō)明了它們?cè)跒V波網(wǎng)絡(luò)中的作用，還說(shuō)明了它們?cè)跒V波網(wǎng)絡(luò)中的平安等級(jí)。不管是選用，還是設(shè)計(jì)電源EMI濾波器，都要認(rèn)真地考慮“CX”和“CY”電容器的平安等級(jí)，因?yàn)樗鼈冎苯雨P(guān)系到電源EMI濾波器的平安性能?！?〕CX電容器CX電容器是指用于這樣場(chǎng)合的電容器，即當(dāng)該電容器失效后，不會(huì)導(dǎo)致工作人員遭電擊、不危及人身平安的這種電容器。在電源EMI濾波器的實(shí)際應(yīng)用中，CX電容器接在單相電源線的L和N之間，它上面除加有電源的額定電壓外，還會(huì)追加上L和N之間存在的各種EMI信號(hào)峰值電壓.例如:因接通或斷開電子設(shè)備的電源，會(huì)在電源電壓上迭加上≦1200v的峰值電壓。因斷開感性負(fù)載，產(chǎn)生過(guò)渡過(guò)程，會(huì)在接有CX電容的設(shè)備上出現(xiàn)很高的峰值電壓。電壓的幅度取決于設(shè)備的種類和結(jié)構(gòu)。根據(jù)CX電容器應(yīng)用的最壞情況和電源斷開的條件，CX電容器的平安等級(jí)又分為X1和X2兩類.根據(jù)電源EMI濾波器的應(yīng)用場(chǎng)合和可能存在的EMI信號(hào)峰值，應(yīng)選用適宜平安等級(jí)的CX電容器?！?〕Cy電容器Cy電容器的電容量需要進(jìn)行限制，從而到達(dá)控制在規(guī)定頻率電壓作用下，流過(guò)它的電流(即漏電流)的大小。對(duì)于220v、50Hz的電源，它除符合310v峰值電壓的耐壓要求外，還要求這種電容器在電氣和機(jī)械性能方面，具有足夠的平安余量，以防止可能出現(xiàn)的擊穿短路現(xiàn)象。因?yàn)檫@種電容器的耐壓性能，對(duì)保護(hù)工作人員的人身平安有重要意義，一旦設(shè)備或裝置的絕緣保護(hù)措施失效，可能導(dǎo)致有關(guān)人員遭受電擊，以致發(fā)生危及生命的可能。Cy電容器平安等級(jí)l級(jí)平安情況下，假設(shè)Cy電容器擊穿短路，并同時(shí)發(fā)生電源系統(tǒng)的平安地線與機(jī)殼E斷開，這時(shí)假設(shè)有人觸摸到圖(a)的設(shè)備外殼，便會(huì)危及人身平安。假設(shè)上述情況發(fā)生，加上同圖(b)設(shè)備外面絕緣被破壞，人觸及設(shè)備的金屬外殼，也同樣會(huì)危及到人身平安。由此可見，上述CX和Cy電容器平安性能具有十分重要的意義，是設(shè)計(jì)和選用電源EMI濾波器時(shí)必須優(yōu)先考慮的問題，也是檢驗(yàn)和考核EMI濾波器平安性能的重要指標(biāo)之一。4.5.4EMI濾波器中的濾波電感EMI濾波器中常見的濾波電感主要有，共模扼流圈、差模扼流圈和紋波濾波電感。前兩種電感主要用于各種電源濾波器，工作在交流或直流條件。后一種用來(lái)濾除整流后的開關(guān)噪聲。工作直流條件時(shí)，要考慮直流磁化對(duì)電感的影響。由于濾波器電感要涉及軟磁材料，它不象電阻、電容元件那樣只需要正確選擇既可。對(duì)磁性材料，不僅要知道它的外部特性，還要了解它的內(nèi)部原理。1)磁性材料的磁特性參數(shù)一個(gè)磁芯線圈的電壓電流關(guān)系，來(lái)源于磁芯材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系即B-H關(guān)系，假設(shè)要了解磁性材料的磁特性，就要了解它的特性曲線和磁性參數(shù)。A.磁滯回線由許多不飽和的對(duì)稱磁滯回線頂點(diǎn)，所連接形成的曲線稱作根本磁化曲線，其中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，H為磁場(chǎng)強(qiáng)度。1〕BS(T)：開始進(jìn)入飽和狀態(tài)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。2〕BR(T)：從飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，在磁芯中尚存在的磁感應(yīng)強(qiáng)度。3〕HC(A/m或Oe)：從飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，磁芯繼續(xù)被反向磁場(chǎng)化，直到磁感應(yīng)強(qiáng)度減少到零，此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱作矯頑力。磁滯回線B.磁特性參數(shù)〔a〕μi初始磁導(dǎo)率：磁材根本磁化曲線的H=0，B=0點(diǎn)附近的斜率與真空磁導(dǎo)率的比值為〔b〕μm最大磁導(dǎo)率：根本磁化曲線各點(diǎn)對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)形成的直線斜率中最大的直線斜率與真空磁導(dǎo)率的比值為〔c〕μa振幅磁導(dǎo)率：磁性材料中正弦磁感應(yīng)強(qiáng)度的與產(chǎn)生它的正弦磁場(chǎng)強(qiáng)度的振幅之比再與真空磁導(dǎo)率的比值為以上μi、μm、μa根本磁化曲線是在直流或低頻下測(cè)量的值。〔d〕μΔ疊加磁導(dǎo)率：在有直流偏磁情況下或在交、直流磁場(chǎng)同時(shí)作用下，磁芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量與磁場(chǎng)強(qiáng)度變化量之比再與真空磁導(dǎo)率的比值。〔e〕μd動(dòng)態(tài)磁導(dǎo)率〔微分磁導(dǎo)率〕：指磁滯回線上每一點(diǎn)的斜率?！瞗〕μp脈沖磁導(dǎo)率：磁芯材料在脈沖磁場(chǎng)作用下，磁芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量與磁場(chǎng)強(qiáng)度變化量之比再與真空磁導(dǎo)率的比值。〔g〕復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率：磁芯材料在快速交變磁場(chǎng)作用下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B(t)與磁場(chǎng)強(qiáng)度H(t)出現(xiàn)了相位差。〔h〕μe有效磁導(dǎo)率：在閉合磁路有空氣隙的情況下，磁芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度B(t)與外磁場(chǎng)Ha強(qiáng)度之比再與真空磁導(dǎo)率的比值。〔i〕損耗因數(shù)：復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的虛部與實(shí)部的比值。由于其中、為復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部j〕Pco(W/kg或W/cm3)：磁芯在一定磁感強(qiáng)度Bm和一定頻率下，磁芯中單位重量〔或單位體積〕所損耗的功率。Pco與有固定關(guān)系。單一磁材構(gòu)成的閉合磁芯存在：其中為相對(duì)損耗因數(shù)，相對(duì)損耗因數(shù)用來(lái)表征弱磁場(chǎng)作用下，磁材初始磁導(dǎo)率與插入損耗的關(guān)系。μi高而損耗低總是我們所希望的，但高μi材料往往損耗也大?！瞜〕Q品質(zhì)因數(shù)損耗因數(shù)的導(dǎo)數(shù)，即高頻下，磁芯產(chǎn)生的損耗與有、無(wú)分支磁芯結(jié)構(gòu)和串、并聯(lián)磁路模型有關(guān)有分支磁芯結(jié)構(gòu)及其并聯(lián)磁路模型無(wú)分支磁芯結(jié)構(gòu)及其串聯(lián)磁路模型對(duì)有分支的磁路：對(duì)無(wú)分支磁路：式中，Rm、Rc是有、無(wú)分支磁芯結(jié)構(gòu)的磁阻

計(jì)算裝有磁芯線圈的品質(zhì)因數(shù)時(shí)，可用以下磁路公式。式中，;為線圈電阻

〔l〕溫度系數(shù)式中，μ1、μ2分別是溫度為T1、T2時(shí)的磁導(dǎo)率?！瞞〕居里溫度TC：磁芯狀態(tài)由鐵磁性轉(zhuǎn)為順磁性的溫度圖中，TC是0.8與0.2的連線與直線橫坐標(biāo)的交點(diǎn)。居里溫度曲線〔n〕ρ電阻率〔Ω－m或Ω－cm〕：具有單位截面積和單位長(zhǎng)度的磁材電阻值?！瞣〕AL電感因數(shù)：在具有確定形狀和尺寸的磁芯上，每繞一匝線圈所產(chǎn)生的電感量，它是整體的性能參數(shù)。式中，N為匝數(shù)〔p〕磁芯損失。Ph磁滯損失：經(jīng)驗(yàn)公式為Ph=Kh·Bm2·V其中Kh=1.5~2，V為體積Pe渦流損失：經(jīng)驗(yàn)公式為Pe=Ke·f2·Bm2·VPco磁芯損失：Pco=Ph＋Pe〔2〕磁場(chǎng)中的根本概念和規(guī)律A.磁通連續(xù)原理〔基爾霍夫磁通原理〕在磁場(chǎng)中，對(duì)任何一個(gè)閉合面和面積分磁感應(yīng)強(qiáng)度都等于零，意味著，對(duì)任何閉合面，進(jìn)去的磁通一定等于出來(lái)的磁通。所以磁感應(yīng)線永遠(yuǎn)是閉合的磁通連續(xù)過(guò)程即：所以，磁通為：

Φ單位為Wb韋伯：

1Wb=Tm2

1T〔特斯拉〕=N/A·m=牛頓/安·米=104Gs〔高斯〕所以，磁感強(qiáng)度B又稱為磁通密度。同時(shí)，磁通連續(xù)原理也反映了磁場(chǎng)與產(chǎn)生它的〔宏觀〕電流之間關(guān)系。即在磁場(chǎng)內(nèi)，磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分等于穿過(guò)該閉合路徑所限定面積的〔宏觀〕電流的代數(shù)和。該面積的方向由右手定那么確定。B.安培環(huán)路定律〔基爾霍夫第二定律霍基爾霍夫磁壓定律〕磁路中的任意閉合路徑，在任意時(shí)刻，沿該閉合路徑各段磁路的磁壓降的代數(shù)和恒定與圍繞磁閉合路徑的所有磁通勢(shì)的代數(shù)和。∑Um=∑Hl=∑Fm=∑Ni式中，F(xiàn)m是磁通勢(shì)Fm=Ni單位，安培〔A〕Um是磁壓降Um=Hl單位，安培〔A〕N是匝數(shù),l是閉合路徑長(zhǎng)度C.介質(zhì)的性能方程磁介質(zhì)的性能方程描述了介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響，這個(gè)影響由介質(zhì)的磁導(dǎo)率μ來(lái)表征。μ決定了磁場(chǎng)中與的比值。對(duì)于各向同性磁介質(zhì)有所以式中，k為磁化率，為磁化強(qiáng)度。的定義是在磁場(chǎng)某點(diǎn)附近的磁介質(zhì)中，由于磁化在單位體積內(nèi)產(chǎn)生的磁偶極的磁矩矢量和，單位：安/米〔A/m〕。為相對(duì)磁導(dǎo)率。即磁化電流由于磁化而形成，等效于他穿過(guò)所取環(huán)路線所限平面的電流值之和磁化電流

D.磁路的歐姆定律、磁阻、磁導(dǎo)其中，為磁導(dǎo)率，A為截面積，l為長(zhǎng)度

磁阻:磁導(dǎo)：E.磁感應(yīng)定律式中，為磁鏈。F.儲(chǔ)能定律反映磁性元件在傳遞瞬變電流I時(shí)與其所儲(chǔ)能量W的關(guān)系。

G.磁路與電路電路分析的任務(wù)是求解電壓、電流之間的關(guān)系。如電壓求電流，或電流求電壓。同樣，磁路分析的任務(wù)是求解磁通勢(shì)〔簡(jiǎn)稱磁勢(shì)〕、磁通之間的關(guān)系。如磁通求磁勢(shì)，或磁勢(shì)求磁通。對(duì)含有磁芯線圈電路的分析，如屬穩(wěn)態(tài)分析〔在恒壓、恒流作用下即直流狀態(tài)〕，磁路分析和電路分析可以分別獨(dú)立進(jìn)行，因?yàn)檫@時(shí)器件的磁通不隨時(shí)間變化，不產(chǎn)生感應(yīng)電壓，不影響電路的運(yùn)行狀態(tài)。但在交流電壓、電流作用時(shí)，器件中的磁通隨時(shí)間變化將產(chǎn)生感應(yīng)電壓，影響電路的運(yùn)行，所以這時(shí)磁路分析與電路分析必須同時(shí)進(jìn)行。電和磁的關(guān)系是相互依存和相互轉(zhuǎn)化的，一方面是“電生磁”，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)；另一方面是“磁生電”，磁的變化產(chǎn)生電壓。前者通過(guò)安培定律和介質(zhì)性能方程等反映；后者通過(guò)電磁感應(yīng)定律反映。和復(fù)數(shù)廣泛應(yīng)用于交流電路一樣，復(fù)數(shù)也廣泛應(yīng)用于交流磁路，如復(fù)磁導(dǎo)率也由實(shí)部和虛部表示，用或用直角坐標(biāo)表示其中實(shí)部代表無(wú)功磁導(dǎo)率，構(gòu)成的磁材電感與交變磁場(chǎng)同相〔即與同相〕，虛部代表?yè)p耗與交變磁場(chǎng)反相〔即與相位差90°〕?！?〕共模扼流圈共模扼流圈是共模插入損耗起主導(dǎo)作用的電感元件。共模扼流圈是在一個(gè)磁環(huán)〔閉磁路〕的上下兩個(gè)半環(huán)上，分別繞制相同匝數(shù)但繞向相反的線圈。此結(jié)構(gòu)對(duì)相線或零線對(duì)地所形成的共模干擾具有電感抑制作用。共模扼流圈電路圖；(b)結(jié)構(gòu)圖

因?yàn)楣材８蓴_是同相的，所以在磁環(huán)中形成的磁力線是相互疊加的而對(duì)相線和零線間所形成的差模干擾和工頻供電電流無(wú)電感抑制作用，因?yàn)椴钅８蓴_的供電電流是反相的，所以在磁環(huán)中所形成的磁力線是相互抵消的因而命名為共模扼流圈。共模扼流圈要提高其電感值的有效途徑有三個(gè)，即提高匝數(shù)、初始磁導(dǎo)率和磁環(huán)截面積A。當(dāng)提高其匝數(shù)的同時(shí)，分布電容也就相應(yīng)的增加，要想獲得理想的插入損耗就必須減小分布電容，減小分布電容就要從線圈的結(jié)構(gòu)入手。換句話說(shuō)，線圈的繞制方法，匝數(shù)和結(jié)構(gòu)對(duì)降低線圈的分布電容是至關(guān)重要的。選擇初始磁導(dǎo)率高的軟磁材料磁芯也是有效的方法環(huán)型錳鋅鐵氧體磁芯的初始磁導(dǎo)率可達(dá)10000~15000(1±30%)，仍是EMI濾波器選用的主流磁芯。但磁導(dǎo)率越高，頻率響應(yīng)就越差。因此，不能片面追求磁導(dǎo)率，選用時(shí)要綜合考慮。對(duì)于大電流或?qū)Φ皖l插入損耗、體積有特殊要求的EMI濾波器只要高度允許，可以采取兩只磁環(huán)疊繞的方法。由于磁芯截面積增加一倍，電感量也增加了一倍。

〔4〕差模扼流圈在高性能EMI濾波器，為了提高差模噪聲的抑制性能，往往采用差模扼流圈與CX電容組成L、T、п等濾波電路。差模扼流圈與共模扼流圈的最大區(qū)別在差模扼流圈與負(fù)載直接串聯(lián)，它采用單個(gè)繞組結(jié)構(gòu)繞制而不像共模扼流圈那樣在一個(gè)磁芯上采用兩個(gè)相同繞組的結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)通過(guò)差模扼流圈的電流過(guò)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁飽和，電感量隨之下降。為了防止差模扼流圈磁芯因飽和失去濾波作用，所以磁材的選擇尤為重要。目前大多采用復(fù)合磁粉芯，它是將金屬軟磁粉末經(jīng)過(guò)絕緣包裹后，壓制退火而成，相當(dāng)于把集中的氣隙分散成微小的空穴后，均勻地分布在磁芯中，不但材料的抗飽和強(qiáng)度增強(qiáng)、磁芯的電阻率也比原來(lái)增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)、各向同性、且適應(yīng)高頻下工作?！?〕整流濾波電感整流濾波電感就是工作在直流電路的差模電感中的一種。由于目前電源向更低電壓、更大電流的方向開展，所以更需要注意直流磁化對(duì)電感的影響，希望工作電流的變化所引起電感值的變化越小越好，既希望磁芯具有某種恒磁導(dǎo)特性。電感器設(shè)計(jì)任務(wù)主要是在滿足給定的性能指標(biāo)情況下，確定最好的磁芯結(jié)構(gòu)，最小的幾何尺寸，以及恰當(dāng)?shù)睦@組匝數(shù)、繞法、導(dǎo)線截面積。在開關(guān)變換器中設(shè)計(jì)電感器時(shí)，一般給定的量有三項(xiàng)：電感器通過(guò)的直流電流值〔平均值〕、紋波電流〔一般是直流電流的百分?jǐn)?shù)〕、銅損。其中，第二項(xiàng)要求，在給定開關(guān)頻率和線圈的交流鼓勵(lì)電壓的情況下，可以轉(zhuǎn)化為對(duì)其電感量L的要求。第三項(xiàng)要求，可以直接以線圈的銅損作為設(shè)計(jì)參數(shù)，也可轉(zhuǎn)換為線圈電流密度作為設(shè)計(jì)參數(shù)。4.5.5電感繞制技術(shù)濾波器元件與其他元件一樣，也是非理想的。電感線圈有寄生電容，電容引線有寄生電感。這使得濾波器的高頻等效電路變得復(fù)雜，并且意味著使用分立元件的濾波器當(dāng)頻率超過(guò)10MHz時(shí)，將開始失去它的性能。電感器的匝數(shù)越多，其電感量越大，同時(shí)其自電容也越大。給定電感量的電感器的匝數(shù)可以通過(guò)使用高導(dǎo)磁率磁芯來(lái)減少，但高導(dǎo)磁率材料的介電常數(shù)也較大，這反過(guò)來(lái)又會(huì)增加電容。因而，在使用高導(dǎo)磁率磁芯時(shí)，一定要使用線圈架，而不要將線圈直接繞在磁芯上，這樣就解決了繞組與磁芯之間的寄生電容問題。

另外可以通過(guò)下面的方法減小匝間電容：〔1〕盡量單層繞制?？臻g允許時(shí)，盡量使用尺寸較大的磁芯，這樣可使線圈為單層，并且增加每匝間的距離，有效地減小匝間電容?！?〕輸入輸出遠(yuǎn)離。無(wú)論制作什么形式的電感，電感線圈的輸入和輸出都應(yīng)該遠(yuǎn)離，否那么輸入和輸出之間的電容會(huì)在頻率較高時(shí)將整個(gè)電感短路?！?〕多層繞制的方法。線圈的匝數(shù)較多，必須多層繞制時(shí)，要向一個(gè)方向繞，邊繞邊重疊，不要繞完一層后，再往繚繞。這種往返繞制的方法會(huì)產(chǎn)生很大的電容，使電感僅能濾除頻率很低的干擾。〔4〕分段繞制。在一個(gè)磁芯上將線圈分段繞制，這樣每段的電容較小，并且總的寄生電容是兩段上的寄生電容的串聯(lián)，總?cè)萘勘让慷蔚募纳萘啃??！?〕多個(gè)電感串聯(lián)起來(lái)。對(duì)于要求較高的濾波器，可以將一個(gè)大電感分解成一個(gè)較大的電感和假設(shè)干電感量不同的小電感，將這些電感串聯(lián)起來(lái)，可以使電感的帶寬擴(kuò)展。但這付出的代價(jià)是體積和本錢。對(duì)于含有磁芯的電感，還需注意磁芯的飽和問題。電感的磁芯與其他磁性材料一樣，在外加磁場(chǎng)超過(guò)一定強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生飽和，導(dǎo)致磁導(dǎo)率急劇降低。電感磁芯中的磁場(chǎng)是由繞在磁芯上的導(dǎo)線中流過(guò)的電流產(chǎn)生的，磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流強(qiáng)度和匝數(shù)有關(guān)。當(dāng)電感流過(guò)的電流過(guò)大時(shí)，磁芯發(fā)生飽和，磁導(dǎo)率急劇降低，電感量減小，濾波器的截止頻率發(fā)生變化。電感量越大，電感的磁芯越容易發(fā)生磁飽和。由于濾波器的截止頻率取決于電感量，因此，為了有效抑制低頻干擾，必須采用較大電感。這就導(dǎo)致了對(duì)電感量要求與防止飽和之間的矛盾。其解決方法可采用共模扼流圈的繞法4.6其它形式的濾波措施4.6.1信號(hào)濾波器解決電纜引進(jìn)的干擾問題有兩種方法可以采用，一個(gè)是屏蔽〔采用屏蔽線〕；另一個(gè)是濾波。屏蔽要在屏蔽層端接良好的情況下，才有較好的屏蔽效能，在很多情況下較難做到這一點(diǎn)，所以，對(duì)信號(hào)線的濾波不失為一個(gè)好方法。信號(hào)線的濾波更多是用來(lái)對(duì)付來(lái)自空間的干擾問題，包括從空間輻射進(jìn)設(shè)備的干擾，和設(shè)備向空間發(fā)射的干擾。信號(hào)線從空間接收的輻射干擾和向空間發(fā)射的干擾，使電纜線成為電磁兼容的薄弱環(huán)節(jié)，也使共模干擾成為設(shè)備的主要危害。這一情況也正好解釋了為什么屏蔽已經(jīng)非常嚴(yán)密的設(shè)備還會(huì)出現(xiàn)電磁兼容問題。這一切都是信號(hào)線所起的天線作用在作怪。基于這一原因，通常都要在非屏蔽的信號(hào)線端口安裝信號(hào)線濾波器，濾波器要安裝在信號(hào)線進(jìn)出的交界面上，要濾除的主要是一些頻率相當(dāng)高的干擾信號(hào)。使用信號(hào)線濾波器有兩種方案：〔1〕安裝在印刷板上的濾波器安裝在印刷板上的濾波器優(yōu)點(diǎn)是廉價(jià)，缺點(diǎn)是效果差。主要原因：輸入與輸出沒有隔離，容易產(chǎn)生耦合；濾波器的接地阻抗低不下來(lái)，削弱了高頻旁路的作用；濾波器與機(jī)箱之間的一段連線會(huì)起到被動(dòng)天線的作用，即會(huì)引入外界干擾，通過(guò)機(jī)內(nèi)局部連線產(chǎn)生輻射，影響內(nèi)部電路工作的可靠性，也會(huì)拾取內(nèi)部電路產(chǎn)生的電磁騷擾〔通過(guò)輻射感應(yīng)方式〕，把它引到設(shè)備外部。一般安裝在印刷板上的濾波器都以集成電路的形式，或者貼片的形式存在，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不過(guò)就是我們前面經(jīng)常提到過(guò)的T型、п型、C型和L型等種類，有的時(shí)候也可以用鐵氧體材料作成吸收性濾波器或者應(yīng)用鐵氧體磁珠。安裝在印刷板上的濾波器主要考慮其使用方法以及安裝形式?！?〕安裝在機(jī)箱及其構(gòu)件上的濾波器直接將濾波器〔貫穿濾波器、濾波陣列板和濾波連接器〕安裝在設(shè)備的金屬機(jī)箱及其構(gòu)件上，可使濾波器的輸入與輸出之間完全隔離，而且接地也良好，故濾波效果十分理想。但是價(jià)格比較貴，而且在設(shè)計(jì)之初就要在結(jié)構(gòu)上給予考慮。例如穿心電容，可以直接安裝在屏蔽板上連接信號(hào)線，起到信號(hào)濾波器的作用。當(dāng)有多根信號(hào)線的時(shí)候，可以使用濾波陣列板或者濾波連接器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的通常是每根連接線上串接一個(gè)鐵氧體磁珠或者對(duì)地接個(gè)電容而已。4.6.2瞬變騷擾吸收裝置

無(wú)論從電源線還是信號(hào)線進(jìn)入的瞬態(tài)騷擾，都可以使用非線性的器件來(lái)衰減，最普通的就是變阻器〔壓敏電阻器或稱VDR〕、齊納二極管和火花隙〔氣體放電管〕。這些類型的器件與被保護(hù)的線路并聯(lián)，對(duì)于正常的信號(hào)或電壓水平，它表現(xiàn)為高阻——主要由它自己的電容和漏電特性決定。當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)大于它的擊穿電壓的瞬態(tài)時(shí)，器件會(huì)立即轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杩梗箯乃矐B(tài)源過(guò)來(lái)的電流離開保護(hù)電路，限制了被保護(hù)電路上的瞬態(tài)電壓。保護(hù)器件的尺寸必須能夠承受電路的連續(xù)工作電壓，并具有一個(gè)平安裕量，以吸收來(lái)自任何預(yù)期瞬態(tài)的能量。瞬態(tài)抑制器的典型安裝位置不同類型瞬態(tài)抑制器