以濾波電連接器為例-淺談電連接器中濾波技術(shù)的應(yīng)用情況

以濾波電連接器為例，淺談電連接器中濾波技術(shù)的應(yīng)用情況

信息化電子技術(shù)的應(yīng)用和普及增大了有限空間內(nèi)的電磁干擾，日益嚴(yán)重的電磁干擾不僅會(huì)削弱電子設(shè)備的工作性能，更會(huì)威脅人們的身體健康。在電連接器中應(yīng)用濾波技術(shù)能夠有效降低電磁干擾。本文為濾波電連接器為例，分析了電連接器中濾波技術(shù)的應(yīng)用情況。1.前言上個(gè)世紀(jì)八十年代，我國(guó)便已經(jīng)成功研制了微波漏能測(cè)試儀、干擾測(cè)量?jī)x、射頻遠(yuǎn)區(qū)和近區(qū)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)定儀等儀器，同時(shí)也初步確定了微波輻射衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)與高頻電磁輻射安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)方面提高了微波防護(hù)水平。電磁干擾會(huì)對(duì)電子設(shè)備的信息傳輸正確性、可靠性、穩(wěn)定性產(chǎn)生影響較大影響，提高電子產(chǎn)品的電磁兼容性成為了克服電磁干擾、增強(qiáng)儀器穩(wěn)定性的重要方法。任何電子設(shè)備均需要通過電連接器與外界進(jìn)行連通，是系統(tǒng)和部件之間進(jìn)行電氣信號(hào)傳輸?shù)闹匾?。?dǎo)線（或者導(dǎo)體）的穿透是導(dǎo)致屏蔽體失效的重要原因，所以某些屏蔽嚴(yán)密的機(jī)箱會(huì)因?yàn)殡娺B接器形成的導(dǎo)體穿透作用而出現(xiàn)屏蔽失效的問題。為此，將濾波及時(shí)應(yīng)用于電連接器中是降低電磁干擾，提高機(jī)箱屏蔽效果的重要途徑。應(yīng)用濾波技術(shù)的電連接器通常稱為濾波電連接器，相對(duì)于普通的電連接器，它具有一個(gè)低通濾波器，由于接口兼容，它們之間也可以相互替換。2.電連接器中濾波技術(shù)原理分析在抑制電磁干擾方面，濾波技術(shù)具有高度的有效性，特別是對(duì)于開關(guān)電源的EMI信號(hào)，能夠發(fā)揮良好的干擾傳導(dǎo)、干擾輻射的作用。差模干擾信號(hào)和共模干擾信號(hào)能夠表示所有電源上的傳導(dǎo)干擾信號(hào)。前者主要是指在兩條導(dǎo)線之間傳輸?shù)母蓴_信號(hào)，屬于對(duì)稱性干擾，其顯著特點(diǎn)是頻率低、干擾幅度小、生成的電磁干擾小；后者主要是指在導(dǎo)線和機(jī)殼（土地）之間傳輸?shù)母蓴_信號(hào)，屬于非對(duì)稱性干擾，其顯著特點(diǎn)是頻率高、干擾幅度大、生成的電磁干擾大，同時(shí)也能夠借助導(dǎo)線形成輻射，擴(kuò)大輻射源。綜合上述分析，我們可以通過將EMI信號(hào)控制在EMI相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限電平之下的方式來實(shí)現(xiàn)削弱傳導(dǎo)干擾的目的。除了對(duì)干擾源進(jìn)行有效抑制之外，在開關(guān)電源的輸入電路和輸出電路當(dāng)中安裝EMI濾波器也是非常抑制電磁干擾的重要途徑。電子設(shè)備的常見工作頻率通常在10MHz-50MHz之間。EMC的很多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低的傳導(dǎo)干擾電平極限值為10MHz，對(duì)于開關(guān)電源的高頻段EMI信號(hào)，只要所選擇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的EMI濾波器或者是去耦電路相對(duì)簡(jiǎn)單的EMI濾波器，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)降低高頻共模電流強(qiáng)度的目的，還能夠滿足EMC規(guī)定的濾波效果。濾波電連接器的設(shè)計(jì)原理便是依據(jù)上述原理。用電設(shè)備和電源之間、各種用電設(shè)備之間存在著相互干擾的問題，而濾波電連接器是降低干擾的理想選擇。由于濾波電連接器的每一個(gè)插針上面都有一個(gè)低通濾波器，所以每一個(gè)插針均能夠有效過濾共模電流。另外，濾波電連接器也具有很好的兼容性，它的接口尺寸和外形大小與普通的電連接器相同，所以，它們之間能夠進(jìn)行直接的替換。此外，使用濾波電連接器還具有很好的經(jīng)濟(jì)性，這主要是因?yàn)?，濾波電連接器僅僅需要安裝在屏蔽機(jī)箱的端口即可，在其消除電纜中的干擾電流之后，導(dǎo)線不會(huì)再感應(yīng)到干擾信號(hào)的干擾，所以比屏蔽電纜具有更加穩(wěn)定的性能；濾波電連接器對(duì)于電纜端接的要求不高，所以完全不用使用高質(zhì)量屏蔽電纜，進(jìn)一步體現(xiàn)出其較好的經(jīng)濟(jì)性。3.濾波電連接器的整體系統(tǒng)構(gòu)成與設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.1濾波電連接器的整體系統(tǒng)構(gòu)成分析濾波電連接器的整體系統(tǒng)構(gòu)成主要分為三個(gè)部分，即信號(hào)源、連接接口、接受電路。濾波器是整個(gè)設(shè)備的信號(hào)進(jìn)入和輸出的窗口，它的電磁兼容性能如何將會(huì)直接決定整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容水平。本文所采用的濾波器為無源濾波器，之所以選擇無源濾波器，主要是考慮無源濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠滿足濾波電連接器整體系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。無源濾波器是主要由R-C、L-C等無源器件構(gòu)成的選頻網(wǎng)絡(luò)，它只允許給定的頻帶信號(hào)通過，而對(duì)其他頻帶信號(hào)將會(huì)“禁止通行”。無源濾波器所囊括的范圍較大，主要包括用于以抑制放大器產(chǎn)生低頻振蕩為目的的電源去耦濾波器、用于整流電路中濾除紋波的平滑濾波器、用于交流電源輸入端的濾除電源網(wǎng)絡(luò)中高頻干擾的低通濾波器，等等。在無源濾波器當(dāng)中，旁路濾波器是一種目前應(yīng)用范圍較廣的、用于濾除電源網(wǎng)絡(luò)中干擾信號(hào)的此類濾波器之一。旁路濾波器的典型應(yīng)用主要表現(xiàn)在下述兩個(gè)方面：首先，高頻電路中保留音頻信號(hào)而濾除高頻信號(hào)；其次，在交直流信號(hào)疊加的電路中濾除交流分量而保留直流分量。作為弱信號(hào)低電壓電路的低頻旁路濾波器，在通常情況下，它所采用的濾波器件只要能夠滿足頻帶的選擇標(biāo)準(zhǔn)即可，沒有嚴(yán)格的或者太高的性能要求，而且對(duì)電流沖擊、電容器耐壓的相關(guān)要求均不是非常高。例如，用于濾除電源紋波的平滑濾波器在本質(zhì)上也能夠?qū)⑵湟暈榭梢耘月窞V波的低通濾波器。從濾波的目的角度來審視旁路濾波和去耦濾波，它們具有本質(zhì)上的一致性，只是在具體的濾波作用發(fā)揮途徑上存在著一定的差異：旁路濾波是從輸入的角度完成濾波使命，其濾除對(duì)象是輸入信號(hào)的電磁干擾；去耦濾波是從輸出的角度完成濾波使命，其濾除對(duì)象是輸出信號(hào)的電磁干擾。兩者都能夠提供有效的濾波功能，通過上述分析我們也可以知道，只要遵循上述原則，我們便可以利用濾波器更加有針對(duì)性的濾除不必要的電磁干擾。3.2濾波電連接器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析第一，合理選擇濾波電路。由于電連接器主要是發(fā)揮連接各類電氣信號(hào)的功能，所以在通常情況下，濾波電連接器均是被安裝在機(jī)箱外壁上面。因?yàn)榄h(huán)境當(dāng)中存在的各種干擾信號(hào)的頻帶非常寬，所以采用低通濾波器能夠有效濾除正常信號(hào)當(dāng)中各種不必要的高次諧波。由于不同的電子設(shè)備對(duì)于電連接器的濾波要求存在較大的差異性，因此應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的濾波電路。第二，選擇濾波元件。根據(jù)電子設(shè)備系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的要求，按照GJB1308濾波電連接器要求》中的表1進(jìn)行電容容量值的選擇，一般選取f型濾波網(wǎng)絡(luò)和管狀濾波電容，這是因?yàn)椋菏紫?，其具有很好的濾波效果；其次，設(shè)計(jì)、裝配、焊接等都很方便；再次，縱向占用空間小，特別適合于高密度連接器，同時(shí)具有很小的接地電感，因此在高頻時(shí)能夠提供很好的旁路作用；最后，輸入輸出沒有藕合，因?yàn)橛糜谶B接管狀電容的金屬接地板起到了隔離板的作用，使濾波器的輸入輸出端得到了有效的隔離，避免了高頻時(shí)的藕合現(xiàn)象。第三，制作和安裝?，F(xiàn)以某型濾波電連接器為例說明濾波器的安裝及濾波接觸件的裝配。首先，將電容焊接在連接器的接觸件上（見圖1）。其次，將濾波接觸件焊接在接地板上，然后裝入安裝外殼，接地板與安裝外殼之間采用多點(diǎn)焊接或涂導(dǎo)電膠以保持良好的電導(dǎo)通。除管狀電容外，貼片電容也是常用的濾波元件，它屬單電容電路，適用于接觸件密度不高的連接器。其接地板通常采用印制電路板，印制電路板與安裝外殼采用焊接的方式保持良好的導(dǎo)通。4.結(jié)束語設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)該注意：第一，將電容焊接在接觸件上時(shí)，一般要在電容兩端加裝堵頭（也可不裝），這樣可使焊點(diǎn)牢固可靠，并對(duì)電容起保護(hù)作用。第二，設(shè)計(jì)接地板時(shí)，應(yīng)盡可能地使接地板與安裝外殼的接觸面積最大，以降低接觸電阻；安裝外殼表面要求