防電磁干擾EMI的重要對策――電磁干擾EMI濾波技術(shù)

1、防電磁干擾EMI的重要對策電磁干擾EMI濾波技術(shù)1引言防電磁干擾主要有三項措施,即屏蔽、濾波和接地。往往單純采用屏蔽能提供完整的電磁干擾防護(hù),因為設(shè)備或系統(tǒng)上的電纜是最有效的干擾接收與發(fā)射天線。許多設(shè)備單臺做電磁兼容實驗時都沒有問題,但當(dāng)兩臺設(shè)備連接起來以后,就滿足電磁兼容的要求,這就是電纜起接收和輻射天線的作用。唯一的措施就是加濾波器,斷電磁干擾沿信號線或電源線傳播的徑,與屏蔽共同構(gòu)成完美的電磁干擾防護(hù),無論是抑制干擾源、消除耦合或提高接收電的抗能。都可以采用濾波技術(shù)。2線上干擾的類型線上的干擾電按照其動徑可以分為兩類:一類是差模干擾電,另一類是共模干擾電。差模干擾電是在火線和線之間動的干擾

2、電,共模干擾電是在火線、線與大地(或其它參考物體之間動的干擾電,由于這兩種干擾的抑制方式同,因此正確辨認(rèn)干擾的類型是實施正確濾波方法的前提。 共模干擾一般是由來自外界或電其它部分的干擾電磁波在電纜與“地”的回中感應(yīng)產(chǎn)生的,有時由于電纜兩端的接“地”電位同,也會產(chǎn)生共模干擾。它對電磁兼容的危害很大,一方面,共模干擾會使電纜線向外發(fā)射出強(qiáng)的電磁輻射,干擾電的其它部分或周邊電子設(shè)備;另一方面,如果電平衡,在電纜中同導(dǎo)線上的共模干擾電的幅、相位發(fā)生差異時,共模干擾則會轉(zhuǎn)變成差模干擾,將嚴(yán)重影響正常信號的質(zhì),所以人們都在努抑制共模干擾。差模干擾主要是電中其它部分產(chǎn)生的電磁干擾經(jīng)過傳導(dǎo)或耦合的途徑進(jìn)入信號

3、線回,如高次諧波、自激振蕩、電網(wǎng)干擾等。由于差模干擾電與正常的信號電同時、同方向在回中動,所以它對信號的干擾是嚴(yán)重的,必須設(shè)法抑制。綜上所述可知,為達(dá)到電磁兼容的要求,對共模干擾和差模干擾都應(yīng)設(shè)法抑制。3濾波器的分類濾波器是由集中參數(shù)的電阻、電感和電容,或分布參數(shù)的電阻、電感和電容構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)允許一些頻通過,而對其它頻成份加以抑制。根據(jù)要濾除的干擾信號的頻與工作頻的相對關(guān)系,干擾濾波器有低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等種類。 低通濾波器是最常用的一種,主要用在干擾信號頻比工作信號頻高的場合。如在數(shù)字設(shè)備中,脈沖信號有豐富的高次諧波,這些高次諧波并是電工作所必需的,但

4、它們卻是很強(qiáng)的干擾源。因此在數(shù)字電中,常用低通濾波器將脈沖信號中必要的高次諧波濾除掉,而僅保能夠維持電正常工作最低頻。電源線濾波器也是低通濾波器,它僅允許50Hz的電通過,對其它高頻干擾信號有很大的衰減。常用的低通濾波器是用電感和電容組合而成的,電容并聯(lián)在要濾波的信號線與信號地之間(濾除差模干擾電或信號線與機(jī)殼地或大地之間(濾除共模干擾電電感聯(lián)在要濾波的信號線上。按照電結(jié)構(gòu)分,有單電容型(C型,單電感型,L型和反型,T 型,型。高通濾波器用于干擾頻比信號頻低的場合,如在一些靠近電源線的敏感信號線上濾除電源諧波造成的干擾。帶通濾波器用于信號頻僅占較窄帶寬的場合,如通信接收機(jī)的天線端口上要安裝帶通

5、濾波器,僅允許通信信號通過。帶阻濾波器用于干擾頻帶寬較窄,而信號頻較寬的場合,如距離大功電臺很近的電纜端口處要安裝帶阻頻等于電臺發(fā)射頻的帶阻濾波器。同結(jié)構(gòu)的濾波電主要有兩點同:1.電中的濾波器件越多,則濾波器阻帶的衰減越大,濾波器通帶與阻帶之間的過渡帶越短。2.同結(jié)構(gòu)的濾波電適合于同的源阻抗和負(fù)載阻抗,它們的關(guān)系應(yīng)遵循阻抗失配原則。但要注意的是,實際電的阻抗很難估算,特別是在高頻時(電磁干擾問題往往發(fā)生在高頻,由于電寄生參數(shù)的影響,電的阻抗變化很大,而且電的阻抗往往還與電的工作狀態(tài)有關(guān),再加上電阻抗在同的頻上也一樣。因此,在實際中,哪一種濾波器有效主要靠試驗的結(jié)果確定。4濾波器的基本原濾波器是

6、由電感和電容組成的低通濾波電所構(gòu)成,它允許有用信號的電通過,對頻較高的干擾信號則有較大的衰減。由于干擾信號有差模和共模兩種,因此濾波器要對這兩種干擾都具有衰減作用。其基本原有三種:A用電容通高頻隔低頻的特性,將火線、線高頻干擾電導(dǎo)入地線(共模,或?qū)⒒鹁€高頻干擾電導(dǎo)入線(差模;B用電感線圈的阻抗特性,將高頻干擾電反射回干擾源;C用干擾抑制鐵氧體可將一定頻段的干擾信號吸收轉(zhuǎn)化為熱的特性,針對某干擾信號的頻段選擇合適的干擾抑制鐵氧體磁環(huán)、磁珠直接套在需要濾波的電纜上即可。5電源濾波器高頻插入損耗的重要性盡管各種電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于傳導(dǎo)發(fā)射的限制僅到30MHz(舊軍標(biāo)到50MHz,新軍標(biāo)到10MHz,但

7、是對傳導(dǎo)發(fā)射的抑制絕能忽高頻的影響。因為,電源線上高頻傳導(dǎo)電會導(dǎo)致輻射,使設(shè)備的輻射發(fā)射超標(biāo)。另外,瞬態(tài)脈沖敏感試驗中的試驗波形往往包含很高的頻成份,如果濾除這些高頻干擾,也會導(dǎo)致設(shè)備的敏感試驗失敗。電源線濾波器的高頻特性差的主要原因有兩個,一個是內(nèi)部寄生參數(shù)造成的空間耦合,另一個是濾波器件的想性。因此,改善高頻特性的方法也是從這兩個方面著手。內(nèi)部結(jié)構(gòu):濾波器的連線要按照電結(jié)構(gòu)向一個方向布置,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,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,使用多個電感聯(lián)的方式。差模濾波電容:電容的引線要盡短。要解這

8、個要求的含義:電容與需要濾波的導(dǎo)線(火線和線之間的連線盡短。如果濾波器安裝在線板上,線板上的走線也會等效成電容的引線。這時,要注意保證時機(jī)的電容引線最短。共模電容:電容的引線要盡短。對這個要求的解和注意事項同差模電容相同。但是,濾波器的共模高頻濾波特性主要靠共模電容保證,并且共模干擾的頻一般較高,因此共模濾波電容的高頻特性加重要。使用三端電容可以明顯改善高頻濾波效果。但是要注意三端電容的正確使用方法。即,要使接地線盡短,而其它兩根線的長短對效果幾乎沒有影響。必要時可以使用穿心電容,這時,濾波器本身的性能可以維持到1GHz以上。特別提示:當(dāng)設(shè)備的輻射發(fā)射在某個頻上滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求時,要忘記檢查電源

9、線在這個頻上的共模傳導(dǎo)發(fā)射,輻射發(fā)射很可能是由這個共模發(fā)射電引起的。6濾波器的選擇根據(jù)干擾源的特性、頻范圍、電壓和阻抗等參數(shù)及負(fù)載特性的要求,適當(dāng)選擇濾波器,一般考慮:其一,要求電磁干擾濾波器在相應(yīng)工作頻段范圍內(nèi),能滿足負(fù)載要求的衰減特性,一種濾波器衰減能滿足要求時,則可采用多級聯(lián),可以獲得比單級高的衰減,同的濾波器級聯(lián),可以獲得在寬頻帶內(nèi)好衰減特性。其二,要滿足負(fù)載電工作頻和需抑制頻的要求,如果要抑制的頻和有用信號頻非常接近時,則需要頻特性非常陡峭的濾波器,才能滿足把抑制的干擾頻濾掉,只允許通過有用頻信號的要求。其三,在所要求的頻上,濾波器的阻抗必須與它連接干擾源阻抗和負(fù)載阻抗相失配,如果負(fù)

10、載是高阻抗,則濾波器的輸出阻抗應(yīng)為低阻;如果電源或干擾源阻抗是低阻抗,則濾波器的輸入阻抗應(yīng)為高阻;如果電源阻抗或干擾源阻抗是未知的或者是在一個很大的范圍內(nèi)變化,很難得到穩(wěn)定的濾波特性,為獲得濾波器具有好的比較穩(wěn)定的濾波特性,可以在濾波器輸入和輸出端,同時并接一個固定電阻。其四,濾波器必須具有一定耐壓能,要根據(jù)電源和干擾源的額定電壓來選擇濾波器,使它具有足夠高的額定電壓,以保證在所有預(yù)期工作的條件下都能可靠地工作,能夠經(jīng)受輸入瞬時高壓的沖擊。其五,濾波器允許通過應(yīng)與電中連續(xù)運(yùn)的額定電一致。額定電高,會加大濾波器的體積和重;額定電低,又會低濾波器的可靠性,其,濾波器應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng),結(jié)構(gòu)簡單、重輕、體積小、安裝方、安全可靠。7濾波器的使用為提高電源的品質(zhì)、電的線性、減少各種雜波和非線性失真干擾和諧波干擾等均使用濾波器。對武器系統(tǒng)來講,使用濾波器的場所有:其一,除總配電系統(tǒng)和分配電系統(tǒng)上設(shè)置電源濾波器外,進(jìn)入設(shè)備的電源均要安裝濾波器,最好使用線至