一、什么是電源濾波器?電源濾波器又稱“電源EMI濾波器”或者“EMI電源濾波器”,這是一種由電容、電感和電阻組成的濾波器,是濾波器的一種。它的作用是:對特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除,得到所需要的有效信號。
它是一種無源雙向網(wǎng)絡,一端是電源,另一端是負載,因此是一種阻抗適配網(wǎng)絡,主要是針對電源端口電磁騷擾的特點而設計,電源濾波器一般都設計為低通式,作為電子產(chǎn)品,工作的可靠性是它重要的特點,由于電磁噪聲存在使得電子產(chǎn)品受到其他設備的干擾導致工作異常。對于任何電源線上高頻傳導騷擾信號,都可以用差模干擾信號和共模干擾信號來描述。差模干擾在兩傳輸導線之間流動,屬于對稱性干擾;共模干擾在傳輸導線與地之間傳輸,屬于非對稱性干擾。
二、電源濾波器原理如下圖是電源濾波器典型電路圖,其中:C1、C2是差模電容器,一般稱為X電容,電容容量很多時候選擇在0.01μF到0.47μF之間;Y1和Y2是共模電容,一般稱為Y電容,電容量不宜過大,一般在幾十納法左右,選的太大容易引起漏電;L1為共模扼流圈,它為同向繞在同一個鐵氧體環(huán)上的一對線圈,電感量約為幾毫亨,對于共模干擾電流,兩個線圈產(chǎn)生的磁場是同方向的,共模扼流圈表現(xiàn)出較大的阻抗,從而起到衰減干擾信號的作用;而對于差模信號,兩個線圈產(chǎn)生的磁場抵消,因此不會影響到電路的性能。需要注意的是這是一級濾波器電路,如果想要效果得到更好可以采用二級濾波。
三、電源濾波器性能指標判斷一個電源濾波器優(yōu)劣就要了解電源濾波器有哪些性能指標,電源濾波器的主要參數(shù)有:額定電壓、額定電流、漏電流、絕緣電阻、耐壓值、工作溫度、插入損耗等。其中最重要的是插入損耗,插入損耗經(jīng)常用“IL”來表示,有時候也稱插入衰減,這項指標是價電源濾波器性能優(yōu)劣的主要指標,通常用分貝數(shù)或頻率特性曲線來表示。它是指濾波器接入線路前后,測試信號從電源端傳到負載端的功率比或端口電壓比。分貝數(shù)越大,說明抑制干擾的能力就越強。例如插入損耗有些可以用50歐姆測試系統(tǒng)測試,如下圖是某電源濾波器插入損耗圖
四、如何選擇因此選購電源濾波器時候,要充分考慮相數(shù)、額定電壓、額定電流、漏電流大小、認證、體積以及形狀、插入損耗等,額定電壓/電流要符合產(chǎn)品所需,漏電流不能選擇太大的,選擇有相關認證體系的電源濾波器,體積和形狀根據(jù)實際來決定,插入損耗選擇抑制能力強一點的等等。
除了這些還需要根據(jù)實際需要,例如有些電源濾波器是軍用級的有些是工業(yè)級的,有些是家庭設備專用,有些是變頻器專用,有些是醫(yī)療設備專用......只有確定了使用對象才能選擇好適合自己的電源濾波器,其實只要基本條件滿足的話,很多時候都是考慮價格成本的問題。
電磁干擾兩種途徑
第一種是傳導干擾:當工作電流在不允許范圍內(nèi)波動過大致使局部電網(wǎng)上電壓不穩(wěn)定,最終影響本地電網(wǎng)的設備工作;
第一種是輻射干擾:設備中工作電流或者電壓的波動變化產(chǎn)生電磁輻射,影響到其它設備的工作。
電磁干擾的影響很大,一般會使設備閃屏或者其他異?,F(xiàn)象,設備的性能得不到很好的體現(xiàn),有時候還會死機,甚至不能正常工作,電源濾波器在這方面起到重要作用。
電磁干擾三要素:發(fā)生源、傳播路徑、接收源
抑制電磁干擾,一種是加電源濾波器,這是從傳播路徑著手,電源濾波器最基本的作用就是抑制傳導干擾,提高對副射干擾的抑制能力;另一種是加屏蔽裝置,這是從接收源本身著手,屏蔽裝置主要是針對輻射干擾,既防止本身電磁波的外泄而造成新的干擾源,又避免受到外來輻射的干擾,這好比加濕器的震蕩源,一般都有固定的震蕩頻率,只要加以屏蔽罩就就可以減少電磁干擾對其他部分的影響,甚至避免形成天線效應。
電源濾波器的原理:電源濾波器原理是使濾波器的阻抗與干擾源的阻抗不匹配,從而使干擾信號沿干擾源進來的方向反射回去,從而降低干擾源的影響,電源濾波器是由 LC 網(wǎng)絡組成。
電源濾波器原理組成電路
L1為共模電感,它的上下為一對共模電感線圈,這兩個線圈繞在同一鐵芯上,匝數(shù)和相位都相同(繞制反向)。這樣,當電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時,電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消,此時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼);當有電流流經(jīng)線圈時,由于共模電流的同向性,會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗,使線圈表現(xiàn)為高阻抗,產(chǎn)生較強的阻尼效果,以此衰減共模電流,達到濾波的目的。
Y電容是分別跨接在電力線兩線和地之間(L-E,N-E)的電容,一般是成對出現(xiàn),如圖Y1和Y2,基于漏電流的限制,Y電容值不能太大,一般是nF級,Y電容抑制共模干擾。
濾波電路
電源濾波器原理組成電路
共模電感
這兩個線圈產(chǎn)生的磁場相互加強,對外呈現(xiàn)出的總電感明顯加大,這樣對稱干擾分量就被相線與零線之間的X2電容 大大抑制了,電源濾波器在使用時必須安裝在電源的輸入端,也就是把電源濾波器串入電網(wǎng)和設備電源線之間?,F(xiàn)在電源濾波器都集成化以及模塊花化。
電源濾波器
有些電源濾波器有兩級電路,這樣效果相對更好
二級濾波電路
電源濾波器主要參數(shù)
①工作電壓:濾波器能安全工作的穩(wěn)定電壓。單相電的濾波器的工作電壓一般為 250V ,而三相電的工作電壓為 420V ;
②插入損耗 :由于電源濾波器串接電網(wǎng)和設備電源線之間,而電源濾波器作為一種無源網(wǎng)絡,勢必造成電壓的跌落,這就導致由電源濾波器引起的插入損耗。 因此,濾波器的插入損耗 A通常是在設備不工作時用 50Ω 的電阻為測量,然后作出衰減曲線,對于不同的干擾源和具體設備,實際的損耗曲線可能會存在較大的差異,因此,一個濾波器是否能有效地抑制具體電網(wǎng)上的干擾,要經(jīng)過實際測量后才能斷定。,從而選擇出適合自己的濾波器;
③工作電流 :允許的工作電流和工作溫度有一定的關系,一般的濾波器只給出室溫( 20 ℃ )下的值,有時也給出某個較高溫度( 40 ℃ 或 45 ℃ )下的值,參數(shù)可參照實際實物;
④漏電流 :由于在相線和零線之間有X2電容器存在,當電源接通時,電流就會通過電容器流入地端,這就導致漏電流的存在。