電磁兼容第5章濾波1江濱浩課件

1電磁濾波技術

電氣工程系江濱浩教授研究生學位課－電磁兼容（6）2濾波器的作用切斷干擾沿信號線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構成完善的干擾防護。信號濾波器電源濾波器3

濾波器分類5顯然，當時，IL大于零，IL越大，濾波效果越好6頻率范圍寬阻抗不確定頻率范圍寬，過渡帶窄；阻抗不確定，變化范圍寬79

反射式濾波器工作原理是把不需要的頻率成分反射回騷擾源，而讓需要的頻率成分的能量通過濾波器施加于負載。反射式濾波器通常由電抗元件(如電感器、電容器)組合構成無源網絡。在通帶內提供低的串聯(lián)阻抗和高的并聯(lián)阻抗，而在阻帶內提供高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，對騷擾電流建立一個高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗通路。10

低通濾波器類型CTL反

電容并聯(lián)在要濾波的信號線與信號地線之間（濾除差模干擾電流）或信號線與機殼地或大地之間（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渡帶越短。

不同結構的濾波電路適合于不同的源阻抗和負載阻抗。11插入損耗的估算fco

=1/(2RpC)~Zs、ZL并聯(lián)CIL=20lg(CRp)ILIL=20lg(L/Rs)fco

=Rs/(2L）Zs、ZL串聯(lián)~ZsLZs

假設電感、電容是理想器件，這是不符合實際情況的

ZLZL13克服電容非理想性的方法

大容量

頻率衰減小電容大電容并聯(lián)電容小容量

美中不足：在大電容的諧振頻率和小電容的諧振頻率之間，大電容呈現(xiàn)電感特性（阻抗隨頻率升高增加），小電容呈現(xiàn)電容特性，實際是一個LC并聯(lián)網絡，這個LC并聯(lián)網絡在會在某個頻率上發(fā)生并聯(lián)諧振，導致其阻抗為無限大，這時電容并聯(lián)網絡實際已經失去旁路作用。如果剛好在這個頻率上有較強的干擾，就會出現(xiàn)干擾問題。若將大、中、小三種容值的電容并聯(lián)起來使用，會有更多的諧振點，濾波器在更多的頻率上失效。

簡單的方案：大小電容并聯(lián)，大電容抑制低頻干擾、小電容抑制高頻。14

三端電容器的原理引線電感與電容一起構成了一個T形低通濾波器在引線上安裝兩個磁珠濾波效果更好地線電感起著不良作用三端電容普通電容30702060401GHz

三端電容（比較流行的方法）：一個電極上的兩根引線串聯(lián)在需要濾波的導線中。導線電感與電容構成了一個T形濾波器，消除了一個電極上的串聯(lián)電感。三端電容比普通電容具有更高的諧振頻率和濾波效果。并可在三端電容兩個相連的引線上套兩個鐵氧體磁主，進一步提高T形濾波器的效果。插入損耗15

三端電容器的不足寄生電容造成輸入端、輸出端耦合接地電感造成旁路效果下降

中間的接地線越短越好，避免兩側的引線的平行部分過長，否則高頻濾波效果會打很大折扣。

制約著其高頻效果的兩個因素：寄生電容耦合，接地線的電感。三端電容的濾波效果一般在300MHz以下。17穿心電容的插入損耗穿心電容插入損耗頻率1GHz普通電容理想電容

穿心電容的阻抗接近理想電容，只是在某個頻率會出現(xiàn)一個凹陷。18溫度對陶瓷電容容量的影響125-309030%C0.15-0.150-551255-150-55-10-5COGX7R-6020-300Y5V%C%C

陶瓷電容濾波器是鈦酸鋁等陶瓷材料制成，其工作原理是利用陶瓷材料的壓電效應將電信號轉換為機接信號，再將機接信號轉換為機接電信號。溫度的穩(wěn)定性差。19電壓對陶瓷電容容量的影響COGX7RY5V200-20-40-60-80020406080100

%額定電壓（Vdc）%C21電感寄生電容的來源每圈之間的電容CTT導線與磁芯之間的電容CTC磁芯為導體時，CTC為主要因素，磁芯為非導體時，CTT為主要因素。22磁芯對電感寄生電容的影響鐵粉芯(非導電）C=4.28pfC=3.48pf19%鐵氧體（錳鋅）C=51pfC=49pf4%

鐵粉芯作磁芯時，由于它不導電，不僅寄生電容很小，而且當將繞線方式改為松散繞制時，電容下降了將近20%。用錳鋅鐵氧體作磁芯時，由于這種材料導電率較高，不僅電容量較大，而且與繞線方式關系不大。23

減小電感寄生電容的方法然后：起始端與終止端遠離（夾角大于40度）盡量單層繞制，并增加匝間距離多層繞制時，采用“漸進”方式繞，不要來回繞。如果磁芯是導體，首先：用介電常數(shù)低的材料增加繞組導體與磁芯之間的距離25

電感磁芯的選用

錳鋅：r=500~10000，R=0.1~100m鐵粉磁芯：不易飽和、導磁率低，作差模扼流圈的磁芯鐵氧體：最常用鎳鋅：r=10~100，R=1k~1Mm超微晶：r>10000，做大電感量共模扼流圈的磁心

空心線圈的電感量很小，使用導磁率較高的材料作磁芯可大大地增加電感量。

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電感量與飽和電流的計算SD1D2飽和電流：

Imax=BmaxS(D1-D2)/2L電感量：

L（nH）=0.2N2rS(mm)ln(D1/D2)電感量廠家手冊給出廠家經常給出每匝的電感量“AL”，則L（nH）=AL

N2當電感磁芯發(fā)生飽和時，電感量變小，失去對干擾的抑制作用。若額定電流大于飽和電流（Imax），就會發(fā)生飽和，需要調整磁芯的尺寸，使額定電流小于Imax

27吸收式濾波器吸收式濾波器是由有耗器件構成的，在阻帶內吸收躁聲的能量轉化為熱損耗，從而起到濾波作用。鐵氧體吸收型濾波器是目前應用發(fā)展很快的一種低通濾波器。鐵氧體是一種由鐵、鏡、鋅氧化物混合而成，具有很高的電阻率，較高的磁導率(約為100一1500)磁性材料。低頻電流可以幾乎無衰減地通過鐵氧體，高頻電流卻會受到很大的損耗，轉變成熱量散發(fā)。它可以等效為電阻和電感的串聯(lián)。電阻值和電感量都是隨著頻率而變化的29鐵氧體濾波機理Z(f）Z(f)RZL

在低頻，磁芯的磁導率較高，磁芯的損耗較小，整個器件是一個低損耗、高Q特性的電感。高頻：阻抗由電阻成分構成。隨著頻率升高，磁芯的磁導率降低，磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導致總的阻抗增加。當高頻信號通過鐵氧體時，電磁能量以熱的形式耗散掉。

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電源線濾波器電源線的傳導騷擾電壓3334

共模干擾和差模干擾

相－中/中－地＝共模電流，相－中＝差模電路

可看作獨立干擾來研究35源端負載端3637383940414243信號濾波器的安裝位置板上濾波器無屏蔽的場合濾波器靠近被濾波導線的靠近器件或線路板一端。有屏蔽的場合：在屏蔽界面上44板上濾波器的注意事項濾波器要并排安裝線路板的干凈地與金屬機箱或大金屬板緊密搭接為濾波設置干凈地在接口處設置檔板濾波器靠近接口45面板上濾波的簡易（臨時）方法容量適當?shù)拇善娙莼颡毷娙荩€盡量短46電纜濾波的方法連接器屏蔽盒饋通濾波器47面板安裝濾波器注意事項濾波器與面板之間必須使用電磁密封襯墊！48

使用形濾波器的注意事項濾波器接地阻抗預期干擾電流路徑實際干擾電流路徑49

開關電源噪聲原因：非線性和開關工作模式,50Hz的奇次諧波（1、3、5、7）非線性開關頻率的基頻和諧波（1MHz以下差模為主，1MHz以上共模為主）

開關電源工作時，在電源線上既會在產生很強的共模干擾，也會產生很強的差模干擾.

50電源線濾波器的基本電路共模扼流圈差模電容共模電容共模濾波電容受到漏電流的限制51電源線濾波器的特性一般產品說明書上給出的數(shù)據(jù)是50條件下的測試結果。越來越受到關注損耗頻率理想濾波器特性實際濾波器特性30MHz52

電源線濾波器的錯誤安裝PCB濾波器濾波器輸入線過長輸入、輸出耦合PCB5354