為什么共模濾波器比差模濾波器容易設(shè)計(jì)

低頻來(lái)自兩部分：差模和共模濾波。差模濾波試圖減少電流返回回線的電源線上噪聲。這意味著電源線上噪聲存在在外殼和回線上。所以濾波的目的是在它離開外殼之前分流到回線，這樣保證它返回而測(cè)量不到。設(shè)置一個(gè)電感在功率線上，阻斷它出去，同時(shí)提供一個(gè)電容在電源與回線之間，提供噪聲低阻抗通道。通常商業(yè)測(cè)試時(shí)帶有 LISN(Line Impedance Stabilization Network電網(wǎng)阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))，被測(cè)電源通過(guò)一個(gè)電感和一個(gè)電容接到 LISN,提供 50Ω源阻抗。

有時(shí)噪聲可能很小，以至于不要電感，電容與 50Ω電阻形成一個(gè)分壓器小道足以轉(zhuǎn)移大部分噪聲。這個(gè)電路要工作，還得限制電容的 ESR?？梢栽囋嚩鄬与娙莺徒饘倩芰想娙荨?

選擇數(shù)值

差模濾波如下電路所示：

由一個(gè)二階 LC 電路組成。根據(jù)測(cè)量知道未濾波前的噪聲頻譜，同時(shí)我們知道要設(shè)計(jì)的二階濾波器在噪聲處以 40dB/dec 衰減。這里就是決定濾波器開始轉(zhuǎn)折的起點(diǎn)。

首先找到[敏感詞]頻率差模分量。例如假定在 100kHz 是 20dB。則開始頻率為 100kHz/ 10 =30kHz(因?yàn)閮蓚€(gè)極點(diǎn)平方根)。

現(xiàn)在在噪聲頂部(30kHz)畫一條直線，斜率 40dB/Dec。如果沒有其它的峰值點(diǎn)，濾波器的諧振頻率就是 30kHz。以此選擇 LC 參數(shù)。LC 參數(shù)有多種選擇，電感價(jià)價(jià)格比電容貴，選擇要權(quán)衡價(jià)格和損耗。

共模濾波

共模濾波器比差模濾波器容易設(shè)計(jì)，因?yàn)轭愋瓦x擇很少。

一個(gè)共模濾波器：共模電容(在商業(yè)界稱為 Y 電容;X 電容為差模電容)+ 一個(gè)共模電感組成。

如下圖所示：

共模電容將線分流到地，而共模電感提供平衡阻抗-即對(duì)源和回線提供相同的阻抗，對(duì)共模噪聲表現(xiàn)高阻抗通路。對(duì)于差模電感為零。

數(shù)值選擇

共模與差模選擇元件相反，這里電容比電感貴。理由有兩個(gè)：

1.電容接地，必須能承受瞬時(shí) 3kV 甚至 6kV 電壓，所以體積很大。還有流到的電流數(shù)值有嚴(yán)格的安全限制，這就限制了共模電容可以應(yīng)用的[敏感詞]值，典型的幾個(gè)納法。

因此，你選擇[敏感詞]允許電容量，并應(yīng)用相同的技術(shù)以前決定的需要的 LC，用相同的步驟決定電感值。如果你計(jì)算出來(lái)是一個(gè)很大的共模電感值不要恐慌。共模電感兩個(gè)線圈流過(guò)相同的電流，而看起來(lái)沒有凈電流。匝數(shù)很多而不會(huì)飽和。

2.當(dāng)計(jì)算需要的電感時(shí)，兩個(gè)共模電容是并聯(lián)的(將數(shù)值加倍)，而且共模電感的兩個(gè)線圈是串聯(lián)的。

因此，得到 2 倍匝數(shù)和 4 倍電感量。這給你額外 8 倍噪聲抑制，電容等于 9.4nF，而電感是 4mH，其截止頻率為 26kHz。

電容電感及限制

電容有頻率相應(yīng)限制，限制了在 EMI 濾波中的應(yīng)用。電解電容具有相當(dāng)大的 ESR，意味著在 RC頻率以上它看作電阻性，不再是一個(gè)極點(diǎn)。

例如，電容=100μF ESR = 100mΩ，在頻率 16kHz 成為阻性。它不再用于 EMI 控制。

實(shí)際上，陶瓷或塑料電容經(jīng)常用于 EMI 濾波。

由于有引線電感，它們也有限制。

1 μF 電容僅在 1MHz 以下 有效 。

在 在 1MHz 以上，用 100nF 電容， 可以到 10MHz 。

為抑制噪 聲，可以用 1 μF ，100nF 和 和 10nF 一起并聯(lián)。

電感也有限制(它的線圈電阻，盡管對(duì)功率損耗不好，對(duì)噪聲抑制沒有明顯影響)。

最重要的限制是分布電容，可能與電感并聯(lián)。在某個(gè)頻率以上，容抗比感抗低，在這個(gè)頻率以上，電感不再阻斷噪聲。

例：假定 1mH 有 100pF 電容。于是在大約 500kHz 以上它的感抗停止增加，并實(shí)際上在減少。當(dāng)然，較小的電感分布電容也較小，截止頻率更高。

可用兩個(gè)電感串聯(lián)，而不是一個(gè)大電感，因?yàn)橛脙蓚€(gè)電感串聯(lián)增加電感和其電容串聯(lián)減少電容，但實(shí)際上決不這樣做。

壓敏電阻有電容許多設(shè)計(jì)者需要一個(gè)壓敏電阻來(lái)吸收電網(wǎng)瞬態(tài)電壓。

壓敏電阻具有一個(gè)小電容，并可用作濾波的一部分，這有意外收獲。

注意：將壓敏電阻加在源和回線到地之間，壓敏電阻也有漏電流，所以 Y電容也應(yīng)相應(yīng)減少。

兩個(gè)作用一個(gè)磁芯電感既：共模+差模電感，節(jié)約成本體積。

但設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意：繞一個(gè)共模電感比如說(shuō) 47 匝在一邊，而源線的另一邊多繞 1 匝。

這個(gè)電感仍然是共模電感，但現(xiàn)在有一個(gè)串聯(lián)電感，電感量是(48 2 -47 2 )A L ，比在這樣磁芯上繞 1 匝電感大得多。不過(guò)，磁芯中合成磁場(chǎng)不為零，你應(yīng)當(dāng)檢查在[敏感詞]電流時(shí)磁芯不應(yīng)當(dāng)飽和。

100dB 的衰減是否可得

低頻濾波器僅用兩個(gè)極點(diǎn)濾波器，不必多一個(gè)電容，或多一個(gè)電感，或再加一個(gè)電感電容的高階濾波，因?yàn)檫@樣濾波器難以設(shè)計(jì);

對(duì)于商業(yè)設(shè)計(jì)，高階濾波需要另一個(gè)電感,而這意味著生產(chǎn)困難。除了特殊環(huán)境外，是不需要這樣濾波器，四極點(diǎn)衰減非常快，而如果需要 6 極點(diǎn)或許更糟。

如果計(jì)算一個(gè)電感在低頻區(qū)需要衰減 60~80dB，[敏感詞]返回去并研究電路布線。

可能的方法：用增加開關(guān)頻率減少濾波要求。元件有性能限制，實(shí)際 PCB 布局通路與通路之間存在泄漏和交叉干擾。

底部線與頂部線之間，可以得到 100dB 的衰減。

也可買到商用濾波器，因它自己做的更大的衰減。

主要因?yàn)樯逃闷骷⒁饬吮苊怆娐凡季纸徊娓蓴_，并已經(jīng)將濾波器密封在金屬殼中。

當(dāng)然，自己也可以這樣做，但成本較高。