電磁兼容技術(shù)d濾波

1、電磁兼容技術(shù)濾波濾波器的工作原理 在一定的通頻帶內(nèi)，濾波器的衰減很小，能量可以很容易地通過(guò)，在此通頻帶之外則衰減很大，抑制了能量的傳輸。因此，凡與需要傳輸?shù)男盘?hào)頻率不同的騷擾，都可以采用濾波器加以抑制。濾波器將有用信號(hào)的頻譜和騷擾的頻譜隔離得越完善，抑制電磁騷擾的效果越好。 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。濾波的實(shí)質(zhì)是將信號(hào)頻譜劃分成有用頻率分量和干擾頻率分量?jī)蓚€(gè)頻段，剔除干擾頻率分量部分。濾波技術(shù)的基本用途是選擇信號(hào)和抑制干擾。為實(shí)現(xiàn)這兩大功能而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)稱為濾波器。在電磁兼容性中，濾波起著重

2、要作用，濾波主要是為了抑制傳導(dǎo)干擾和由線路引入的輻射干擾波。對(duì)干擾源實(shí)施濾波，是為了預(yù)防不希望的電磁振蕩波與設(shè)備相連的任何外部連線傳播到設(shè)備。對(duì)敏感設(shè)備實(shí)施濾波則可消除上述現(xiàn)象的干擾影響。濾波器的類型l根據(jù)濾波原理可分為反射式濾波器和吸收式濾波器l根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為 Butterworth、Tchebycheff、ButterworthThompson等類型l根據(jù)工作條件可分為有源濾波器I和無(wú)源濾波器l根據(jù)頻率特性可分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器l根據(jù)使用場(chǎng)合可分為電源濾波器、信號(hào)濾波器、控制線濾波器、防電磁脈沖濾波器、防電磁信息泄露專用濾波器、印刷電路板專用微型濾波器等l根 據(jù)用途可分為信

3、號(hào)選擇濾波器和電磁干擾 濾 波器EMI濾波器的特點(diǎn)電磁干擾濾波器與常規(guī)濾波器相比有如下的顯著特點(diǎn)：1 電磁干擾濾波器往往工作在阻抗不匹配的條件下，源阻抗和負(fù)載阻抗均隨頻率變化而變化；2 干擾的電平變化幅度大，有可能使電磁干擾濾波器出現(xiàn)飽和效應(yīng)；3干擾的頻率廣，存在難以實(shí)現(xiàn)寬頻帶范圍濾波以及與此有關(guān)的濾波。4 工作頻帶內(nèi)必須具有較高的可靠性濾波器的構(gòu)成和應(yīng)用原則濾波器可以由無(wú)源元件（電阻、電感、電容）或有源元件組成，它作為電路中的傳輸網(wǎng)絡(luò)，有選擇的阻止有用頻帶以外的其余成分通過(guò)，完成濾波作用；也可以由有損耗材料（如鐵氧體材料）組成，它把不希望的頻率成分吸收掉，以達(dá)到濾波的目的。需要實(shí)施濾波的情況

4、有： 在高頻系統(tǒng)中抑制工作頻帶以外的任何頻帶上的干擾。在各種信號(hào)電路中，為了消除頻譜成份不同于有用信號(hào)的干擾信號(hào)。在電源電路、操作電路、控制電路以及轉(zhuǎn)換電路中，為了消除沿線引入的干擾信號(hào)。濾波器的特性描述濾波器特性的技術(shù)指標(biāo)包括插入損耗、頻率特性、阻抗特性、額定電壓、額定電流、外型尺寸、工作環(huán)境、可靠性、體積和重量等 l 插入損耗 ：插入損耗是衡量濾波器的主要性能指標(biāo)，濾波器濾波性能的好壞主要是由插入損耗決定的。因此，在選購(gòu)濾波器時(shí)，應(yīng)根據(jù)干擾信號(hào)的頻率特性和幅度特性進(jìn)行選擇。濾波器的插入損耗值與信號(hào)源頻率、源阻抗、負(fù)載阻抗、工作電流、工作環(huán)境溫度、自身的體積和重量等因素有關(guān)l頻率特性：濾波器

5、的插入損耗隨頻率的變化即頻率特性。信號(hào)無(wú)衰減地通過(guò)濾波器的頻率范圍稱為通帶，而受到很大衰減的頻率范圍稱為阻帶。根據(jù)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等。濾波器的頻率特性又可用中心頻率、截止頻率、最低使用頻率和最高使用頻率等參數(shù)反映l阻抗特性：濾波器的輸入阻抗、輸出阻抗直接影響濾波器的插入損耗特性。在許多使用場(chǎng)合，出現(xiàn)濾波器的實(shí)際濾波特性與生產(chǎn)廠家給出的技術(shù)指標(biāo)不符，這主要是由濾波器的阻抗特性決定的。因此，在設(shè)計(jì)、選用、測(cè)試濾波器時(shí)，阻抗特性是一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)l額定電流：指濾波器 工 作時(shí)，不降低濾波器插入損耗性 能 的 最 大 使 用 電 流。一

6、 般 情 況下，額定電流越大，濾波器的體積、重量和成本越大。使用溫度越高，工作頻率越高，其允許的工作電流越小l額定電壓：指輸入濾波器的最高允許電壓值。若輸入濾波器的電壓過(guò)高，會(huì)使濾波器內(nèi)部的元件損壞l電磁兼容性：EMI濾波器一般是用于消除不希望有的電磁干擾，其本身不會(huì)存在干擾問(wèn)題，但其抗干擾性能的高低，直接影響設(shè)備的整體抗干擾性能?？垢蓴_性能突出體現(xiàn)在濾波器對(duì)電快速脈沖群、浪涌、傳導(dǎo)干擾的承受能力和抑制能力l安全性能：如 耐 壓、漏 電 流、絕 緣、溫 升 等 性 能，應(yīng) 滿 足 相 應(yīng) 的 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn)要求l可靠性：也是選擇濾 波 器的重要指標(biāo)，一般說(shuō)來(lái)，濾波器 的 可 靠 性 不 會(huì) 影

7、 響 其 電 路 性能，但影響其電磁兼容性l體積與重量：濾波器的體積與重量取決于濾波器的插入損耗，額定電流等指標(biāo)，一般情況下，額定電流越大，其體積與重量越大。插入損耗越高，要求濾波器的級(jí)數(shù)越多，同時(shí)使濾波器的體積與重量增加 反射式濾波器 把不需要的頻率成分的能量反射回信號(hào)源或者騷擾源，而讓需要的頻率成分的能量通過(guò)濾波器施加于負(fù)載，以達(dá)到選擇和抑制信號(hào)的目的。反射式濾波器通常由電抗元件（如電感器!電容器）組合構(gòu)成無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。理想情況下，電感器和電容器是無(wú)耗元件。反射式濾波器在通帶內(nèi)提供低的串聯(lián)阻抗和高的并聯(lián)阻抗，而在阻帶內(nèi)提供高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，即對(duì)騷擾電流建立一個(gè)高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻

8、抗通路。低通濾波器電磁兼容工程中使用最多的一種濾波器，它可以用于交流直流電源電路，也可以用于放大器電路和發(fā)射機(jī)的輸入與輸出電路，具有衰減脈沖噪聲、尖峰噪聲、減少諧波和其它雜散信號(hào)等多種功能。主要用來(lái)抑制高頻傳導(dǎo)電磁騷擾。電源濾波器就是一種低通濾波器，當(dāng)直流或者工頻電流通過(guò)電源濾波器時(shí)，沒有明顯的能量衰減，而當(dāng)其頻率高于工頻的信號(hào)通過(guò)電源濾波器時(shí)，則存在顯著的能量衰減。 低通濾波器的種類很多，按其電路結(jié)構(gòu)，常見形式有并聯(lián)電容濾波器；串聯(lián)電感濾波器；L 型濾波器； 型濾波器；T 型濾波器等 12Feg11eg2H1圖 4-11 低通濾波器對(duì)原型濾波器截止頻率c為1 rad/s，阻抗為1的濾波器，這

9、種濾波器本身沒有實(shí)用價(jià)值，但可以通過(guò)變換把帶寬和阻抗擴(kuò)展到任何值，從而得到有實(shí)用價(jià)值的濾波器。 帶寬換算，若預(yù)期的截止角頻率C=2fc,于是 cbafLL2/cbafCC22/式中的a表示換算后，b表示換算前。 阻抗換算。所有的電阻，電感刺以預(yù)期的源和負(fù)載的阻抗量源，而所有電容除以預(yù)期的阻抗量為Z，于是 baZRR ZCCba/baZLL 原型濾波器原型濾波器帶寬和阻抗綜合換算，這種綜合換算可以通過(guò)下式進(jìn)行 bazRR cbafzLL2/coafCL2/按上述的換算原則變換得到的截止頻率為1MHz，阻抗為50的低通濾波如下圖所示。 50 6400PF eg 50 50 eg 16H 50 變換

10、后低通濾波器等效電路 （2）高通濾波器 在電磁干擾技術(shù)中，雖然高通濾波器不如低通濾波器用得廣泛。但當(dāng)需要從信號(hào)通道上濾除交流電源分量或抑制某個(gè)特定的低頻信號(hào)，就需要使用高通濾波器。 高通濾波器與低通濾波器具有頻率對(duì)源性，因此高通濾波器可以從低通濾波器得到。 將PK=1/CP代入低通原型濾波器的傳輸函數(shù)就得到高通原型濾波器。利用這種變換時(shí)，感抗CpL 變成阻抗L/Cp；容抗1/KpC變成KP/C；而電阻保持不變。 這種變換相當(dāng)于把低通濾波器中的所有電容器和電感器分別換成電感器和電容器，同時(shí)把低通濾波器的截止頻率換成高通濾波器的截止頻率，各取被代替分量的倒數(shù)值，高通原型濾波器也是有1阻抗量份和1r

11、ad/s的截止角頻率，甚阻抗換算與帶寬換算與低通濾波器相同的算法實(shí)現(xiàn)。 有源濾波器 用無(wú)源的集中元件制作的抗干擾濾波器，有時(shí)顯得體積大而且笨重。采用電路技術(shù)模擬電感和電容的特性，從而制成的有源濾波器，則可能功率大，體積和重量都很小。此外，這種有源濾波器可以有效地工作于很低的阻抗量級(jí)，所以在電源頻率附近仍具有較好的調(diào)整特性。例如，一個(gè)由有源元件構(gòu)成的電源線路濾波器，可以作到只讓電源頻率附近一段很窄的頻帶內(nèi)的頻率分量通過(guò)。即使在信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)截電阻很低的情況下，這種濾波器的電感衰減仍可達(dá)30dB量級(jí)。如果聯(lián)成兩級(jí)或多級(jí)濾波器，可以得到更大的衰減量。有源濾波器通常有三種類型 用有源元件模擬電感線圈的

12、頻率特性，對(duì)干擾信號(hào)形成一個(gè)高阻電路，稱為有源電感濾波器。 用有源元件模擬電容器的頻率特性，將干擾信號(hào)短路到地，則為有源電容濾波器。 一種能產(chǎn)生與干擾電流振幅相等，相位相反的電流，通過(guò)高增益反饋電路將電磁干擾抵消掉的電路，稱為對(duì)消濾波器。 有源濾波器： AFC陷波濾波器負(fù)載交流電源A2實(shí)用濾波器的設(shè)計(jì)舉例 下面說(shuō)明設(shè)計(jì)實(shí)用濾波器的方法?，F(xiàn)需設(shè)計(jì)一高通巴特沃思濾波器。指標(biāo)要求是截止頻率fc=1MHz。輸入輸出阻抗為600，在20kHz處的衰減-270dB。解：由于高通濾波器預(yù)期的衰減位于截止頻率以下，歸一化頻率為：kp=C/1=221106/22250103=4.0查圖知，對(duì)于相對(duì)頻率為4.0的

13、不小于70dB的衰減的正特沃思低通原型濾波器的級(jí)數(shù)n=6，查表得六級(jí)低通原型濾波器的各個(gè)元件值為 HL518. 01HL932. 13HL414. 15FC414. 12FC932. 14FC518. 06從而得出六級(jí)高通原型濾波器的的各個(gè)元件值為： HCLHCLHCLFLCFLCFLC932. 11518. 01701. 01701. 01518. 01932. 11664422553311通過(guò)換算即可得出所要求的六級(jí)高通濾波器的最終元件值MHfLZLMHfLZLMHfLZLPFfZCCPFfZCCPFfZCCcccccc184102/732. 16002/4 .49102/518. 06002/5 .67102/701. 06002/188102600/932. 12/137102600/518. 02/512102600/932. 12/666624622615633611 600512PF478PF188PF60067.5H69.4H180H所設(shè)計(jì)的具有1mHZ截止特率的六級(jí)巴特沃思高通濾波器的電路圖如下圖所示 濾波器的選擇和使用 電磁干擾濾波器的選擇主要依據(jù)干擾特性及系統(tǒng)要求。因此，選擇濾波器時(shí)應(yīng)異清楚干擾的頻率范圍，估計(jì)干擾的大致量級(jí)，了解濾波器的使用環(huán)境，比如使用電源，