電源濾波設(shè)計(jì)關(guān)鍵基礎(chǔ)精華集錦

一、開關(guān)電源中濾波電容的正確選擇

　　濾波電容在開關(guān)電源中起著非常重要的作用，如何正確選擇濾波電容，尤其是輸出濾波電容的選擇則是每個(gè)工程技術(shù)人員都十分關(guān)心的問題。

　　50Hz工頻電路中使用的普通電解電容器，其脈動(dòng)電壓頻率僅為100Hz，充放電時(shí)間是毫秒數(shù)量級(jí)。為獲得更小的脈動(dòng)系數(shù)，所需的電容量高達(dá)數(shù)十萬μF，因此普通低頻鋁電解電容器的目標(biāo)是以提高電容量為主，電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要參數(shù)。而開關(guān)電源中的輸出濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達(dá)數(shù)十kHz，甚至是數(shù)十MHz，這時(shí)電容量并不是其主要指標(biāo)，衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是“阻抗-頻率”特性，要求在開關(guān)電源的工作頻率內(nèi)要有較低的等效阻抗，同時(shí)對(duì)于半導(dǎo)體器件工作時(shí)產(chǎn)生的高頻尖峰信號(hào)具有良好的濾波作用。

　　普通的低頻電解電容器在10kHz左右便開始呈現(xiàn)感性，無法滿足開關(guān)電源的使用要求。而開關(guān)電源專用的高頻鋁電解電容器有四個(gè)端子，正極鋁片的兩端分別引出作為電容器的正極，負(fù)極鋁片的兩端也分別引出作為負(fù)極。電流從四端電容的一個(gè)正端流入，經(jīng)過電容內(nèi)部，再從另一個(gè)正端流向負(fù)載;從負(fù)載返回的電流也從電容的一個(gè)負(fù)端流入，再從另一個(gè)負(fù)端流向電源負(fù)端。

　　由于四端電容具有良好的高頻特性，為減小電壓的脈動(dòng)分量以及抑制開關(guān)尖峰噪聲提供了極為有利的手段。高頻鋁電解電容器還有多芯的形式，即將鋁箔分成較短的若干段，用多引出片并聯(lián)連接以減小容抗中的阻抗成份。并且采用低電阻率的材料作為引出端子，提高了電容器承受大電流的能力。

　　二、橋式整流濾波電路圖

　　橋式整流濾波電路圖

　　單相橋式整流π型濾波電路

　　三、濾波電路的設(shè)計(jì)

　　濾波電路的設(shè)計(jì)

　　交流電經(jīng)過二極管整流之后，方向單一了，但是大?。娏鲝?qiáng)度）還是處在不斷地變化之中。這種脈動(dòng)直流一般是不能直接用來給無線電裝供電的。要把脈動(dòng)直流變成波形平滑的直流，還需要再做一番“填平取齊”的工作，這便是濾波。換句話說，濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。

　　電容濾波

　　電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的倉庫。在電路中，當(dāng)有電壓加到電容器兩端的時(shí)候，便對(duì)電容器充電，把電能儲(chǔ)存在電容器中；當(dāng)外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲(chǔ)存的電能再放出來。充電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時(shí)候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越

　　大，負(fù)載電阻值越大，充電和放電所需要的時(shí)間越長。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承擔(dān)濾波的任務(wù)。

　　圖5-9是最簡(jiǎn)單的電容濾波電路，電容器與負(fù)載電阻并聯(lián)，接在整流器后面，下面以圖5-9（a）所示半波整施情況說明電容濾波的工作過程。在二極管導(dǎo)通期間，e2 向負(fù)載電阻Rfz 提供電流的同時(shí)，向電容器C充電，一直充到最大值。e2 達(dá)到最大值以后逐漸下降；而電容器兩端電壓不能突然變化，仍然保持較高電壓。這時(shí)，D 受反向電壓，不能導(dǎo)通，于是Uc便通過負(fù)載電阻Rfz 放電。由于C和Rfz 較大，放電速度很慢，在e2 下降期間里，電容器C上的電壓降得不多。當(dāng)e2 下一個(gè)周期來到并升高到大于Uc時(shí)，又再次對(duì)電容器充電。如此重復(fù)，電容器C兩端（即負(fù)載電阻Rfz ：兩端）便保持了一個(gè)較平穩(wěn)的電壓，在波形圖上呈現(xiàn)出比較平滑的波形。圖5-10（a）（b）中分別示出半波整流和全波整流時(shí)電容濾波前后的輸出波形。

　　顯然，電容量越大，濾波效果越好，輸出波形越趨于平滑，輸出電壓也越高。但是，電容量達(dá)到一定值以后，再加大電容量對(duì)提高濾波效果已無明顯作用。通常應(yīng)根據(jù)負(fù)載電用和輸出電說的大小選擇最佳電容量。表5-2 中所列濾波電容器容量和輸出電流的關(guān)系，可供參考。 電容器的耐壓值一般取 的1．5倍。

　　表5-3中列出帶有濾波器的整流電路中各電壓的關(guān)系。 表一、

　　輸出電流2A左右1A左右0.5-1A左右0.1-0.5A100-50mA50mA以下

　　濾波電容4000u2000u1000u500u200u-500u200u

　　采用電容濾波的整流電路，輸出電壓隨時(shí)出電流變化較大，這對(duì)于變化負(fù)載（如乙類推挽電路）來說是很不利的。

　　二、電感濾波

　　利用電感對(duì)交流阻抗大而對(duì)直流用抗小的特點(diǎn)，可以用帶鐵芯的線圈做成濾波器。電磁濾波輸出電壓較低，相輸出電壓波動(dòng)小，隨負(fù)載變化也很小，適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合。

　　三、復(fù)式濾波器。

　　把電容按在負(fù)載并聯(lián)支路，把電感或電阻接在串聯(lián)支路，可以組成復(fù)式濾波器，達(dá)到更佳的濾波效果口這種電路的形狀很象字母π，所以又叫π型濾波器。

　　圖5－12所示是由電磁與電容組成的LC濾波器，其濾波效能很高，幾乎沒有直流電壓損失，適用于負(fù)載電流較大、要求紋波很小的場(chǎng)合。但是，這種濾波器由于電感體積和重量大（高頻時(shí)可減小），比較笨重，成本也較高，一般情況下使用得不多。

　　由電阻與電容組成的RC濾波器示于圖5－13中。這種復(fù)式濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能兼起降壓、限流作用，濾波效能也較高，是最后用的一種濾波器。上述兩種復(fù)式濾波器，由于接有電容，帶負(fù)載能力都較差。

　　四、RC濾波電路的計(jì)算及公式

　　RC濾波電路的計(jì)算及公式

　　對(duì)于無源RC一階低通濾波電路，其傳遞函數(shù)為G（s）=1/（RCs+1）。轉(zhuǎn)換為信號(hào)經(jīng)過它的衰減的計(jì)算方法為：

　　Uo=Ui/［（2*Pi*f*R*C）^2+1］^0.5

　　式中：Uo為輸出電壓；Ui為輸入電壓；Pi為圓周率；f為信號(hào)頻率。

　　對(duì)于無源RC二階（以上）低通濾波電路，由于此處用文字行不大好表達(dá)，所以就不寫出了。

　　五、電容濾波電路

　　濾波電路

　　整流電路雖然可將交流電變成直流電，但其脈動(dòng)成分較大，在一些要求直流電平滑的場(chǎng)合是不適用的，需加上濾波電路，以減小整流后直流電中的脈動(dòng)成分。

　　一般直流電中的脈動(dòng)成分的大小用脈動(dòng)系數(shù)來表示：

　　脈動(dòng)系數(shù)（S）＝ 　　　GS0712

　　例如，全波整流輸出電壓uL可用付氏級(jí)數(shù)展開為：

　　 　　　 GS0713

　　其中基波最大值為0.6U2，直流分量（平均值）為0.9 U2，故脈動(dòng)系數(shù)S≈0.67 。同理可求得半波整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)為S＝1.57，可見其脈動(dòng)系數(shù)是比較大的。一般電子設(shè)備所需直流電源的脈動(dòng)系數(shù)小于0.01，故整流輸出的電壓必須采取一定的措施，一方面盡量降低輸出電壓中的脈動(dòng)成分，另一方面盡量保存輸出電壓中的直流成分，使輸出電壓接近于較理想的直流電源的輸出電壓。這一措施就是濾波。

　　最基本的濾波元件是電感、電容。其濾波原理是：利用這些電抗元件在整流二極管導(dǎo)通期間儲(chǔ)存能量、在截止期間釋放能量的作用，使輸出電壓變得比較平滑；或從另一角度來看，電容、電感對(duì)交、直流成分反映出來的阻抗不同，把它們合理地安排在電路中，即可達(dá)到降低交流成分而保留直流成分的目的，體現(xiàn)出濾波作用。

　　常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。其中無源濾波的主要形式有電容濾波，電感濾波和復(fù)式濾波（包括倒L型LC濾波，π型LC濾波和π型RC濾波等）。有源濾波的主要形式是有源RC濾波。

　　電容濾波

　　半波整流電容濾波電路如圖Z0710所示。其濾波原理如下：

　　電容C并聯(lián)于負(fù)載 RL的兩端，uL＝uC。在沒有并入電容C之前，整流二極管在u2的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止，輸出電壓uL的波形如圖中紅線所示。并入電容之后，設(shè)在 ωt=0時(shí)接通電源，則當(dāng)u2由零逐漸增大時(shí)，二極管D導(dǎo)通，除有一電流iL流向負(fù)載以外還有一電流iC向電容C充電，充電電壓uC的極性為上正下負(fù)。如忽略二極管的內(nèi)阻，則uC 可充到接近u2的峰值u2m。在u2 達(dá)到最大值以后開始下降，此時(shí)電容器上的電壓uc也將由于放電而逐漸下降。當(dāng)u2＜uc時(shí)，D因反偏而截止，于是C以一定的時(shí)間常數(shù)通過RL 按指數(shù)規(guī)律放電，uc下降。直到下一個(gè)正半周，當(dāng)u2 ＞uc時(shí)，D又導(dǎo)通。如此下去，使輸出電壓的波形如圖中藍(lán)線所示。顯然比未并電容C前平滑多了。

　　全波或橋式整流電容濾波的原理與半波整波電容濾波基本相同，濾波波形如圖Z0711 所示。

　　從以上分析可以看出：

　　1. 加了電容濾波之后，輸出電壓的直流成分提高了，而脈動(dòng)成分降低了。這都是由于電容的儲(chǔ)能作用造成的。電容在二極管導(dǎo)通時(shí)充電（儲(chǔ)能），截止時(shí)放電（將能量釋放給負(fù)載），不但使輸出電壓的平均值增大，而且使其變得比較平滑了。

　　2．電容的放電時(shí)間常數(shù)（τ＝RLC）愈大，放電愈慢，輸出電壓愈高，脈動(dòng)成分也愈少，即濾波效果愈好。故一般C取值較大，RL也要求較大。實(shí)際中常按下式來選取C的值：

　　RLC≥（3～5＞T（半波） GS0714

　　RLC≥（3～5）T／2（全波、橋式） GS0715

　　3．電容濾波電路中整流二極管的導(dǎo)電時(shí)間縮短了，即導(dǎo)通角小于180°。而且，放電時(shí)間常數(shù)越大，導(dǎo)通角越小。因此，整流二極管流過的是一個(gè)很大的沖擊電流，對(duì)管子的壽命不利，選擇二極管時(shí)，必須留有較大余量。

　　 4. 電容濾波電路的外特性（指UL與IL之間的關(guān)系）和脈動(dòng)特性（指S與IL 之間的關(guān)系）比較差，如圖Z0712 所示?？梢钥闯鲚敵鲭妷篣L和脈動(dòng)系數(shù)S隨著輸出電流IL 的變化而變化。當(dāng)IL＝0（即RL= ∞ ）時(shí)，UL = U2（電容充電到最大值后不再放電），S = 0。當(dāng)IL增大（即RL減小）時(shí)，由于電容放電程度加快而使UL下降，UL 的變化范圍在 U2 ～0.9 U2之間（指全波或橋式），S變大。所以，電容濾波一般適用于負(fù)載電流變化不大的場(chǎng)合。

　　5．電容濾波電路輸出電壓的佑算。如果電容濾波電路的放電時(shí)間常數(shù)按式GS0714或GS0715 取值的話，則輸出電壓分別為：

　　UL＝（0.9～1.0）U2 （半波） GS0716

　　UL＝（1.1～1.2）U2 （全波） GS0717

　　電容濾波電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、應(yīng)用較廣。
[!--empirenews.page--]六、升壓電源和高壓DAC為天線和濾波器提供調(diào)諧信號(hào)

　　天線陣列和濾波器常常通過改變鈦酸鋇鍶（BST）電容上的電壓來進(jìn)行調(diào)諧。將這種鐵電材料應(yīng)用于電容時(shí)，只需施加一個(gè)電壓，即可導(dǎo)致其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生細(xì)小的變化，從而改變其介電常數(shù)，電容值因而隨之改變。相比于傳統(tǒng)的變?nèi)荻O管，電子可調(diào)諧BST電容能夠處理更高的功率和更大的信號(hào)幅度。

　　在典型應(yīng)用中，調(diào)諧電容可補(bǔ)償器件容差，調(diào)整濾波器的截止頻率，或者匹配可調(diào)諧天線的網(wǎng)絡(luò)阻抗。BST電容的調(diào)諧是通過施加0 V至30 V的電壓來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代電子器件所用的電源電壓呈現(xiàn)越來越低的趨勢(shì)，3.3 V、2.5 V甚至1.8 V電源已成為常用電源，尤其是在電池供電的應(yīng)用中。如果僅僅針對(duì)這一功能而增加一個(gè)單獨(dú)的電源，盡管可以獲得調(diào)諧的好處，但并不總是值得這樣做。因此，需要一種簡(jiǎn)便的方法來產(chǎn)生所需電源。

　　以此應(yīng)用為例，假設(shè)電源電壓為3 V，但為了完全控制BST電容，需要20 V以上的電壓。兩個(gè)主要電路模塊分別是升壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器ADP1613和高壓DAC AD5504。圖1所示電路可產(chǎn)生高達(dá)30 V的DAC輸出電壓。DAC輸出設(shè)置BST電容的偏置電壓，從而調(diào)整天線響應(yīng)。

　　圖1. 升壓電源和高壓DAC為BST電容提供調(diào)諧信號(hào)

　　ADP1613是一款升壓DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器（圖4），集成了功率開關(guān)，能夠提供高達(dá)20 V的輸出電壓。通過使用外部器件，它可以輸出更高的電壓。如圖所示，ADP1613從3 V輸入產(chǎn)生32 V輸出。ADIsimPower™工具可以幫助設(shè)計(jì)人員根據(jù)輸入要求輕松確定適當(dāng)?shù)钠骷?/p>

　　ADP1613的32 V輸出為四通道12位高壓DAC AD5504（圖5）供電，而該DAC的四路輸出各自可以提供最高60 V的電壓。R_SEL引腳上的電壓決定其滿量程輸出。在此應(yīng)用中，R_SEL連接到VDD，從而將滿量程輸出設(shè)置為30 V。DAC寄存器通過3 V兼容串行接口進(jìn)行更新。利用脈沖將負(fù)載引腳（LDAC）拉低，可以同時(shí)更新所有四個(gè)DAC，因此可以同時(shí)改變四個(gè)BST電容。

　　圖2所示為一個(gè)用作可調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)的BST電容的等效電路。圖3顯示了BST電容與電壓的傳遞函數(shù)以及天線響應(yīng)。BST電容可以從Agile RF等供應(yīng)商處購得。

　　圖2. BST電容等效電路

　　圖3. 偏置電壓與BST電容的關(guān)系以及相應(yīng)的天線響應(yīng)

　　圖4. ADP1613功能框圖

　　圖5. AD5504功能框圖

　　諸如圖1所示的電路對(duì)目前正受到兩種對(duì)立要求夾擊的新一代移動(dòng)電話有利。一方面一如既往地需要減小尺寸和功耗，而另一方面又需要提高性能，以便通過在更小的體積中安裝更多天線和無線電系統(tǒng)來利用更多的頻段。就體積和效率而言，天線設(shè)計(jì)人員漸已達(dá)到物理設(shè)計(jì)的極限，一旦縮小天線體積，效率即會(huì)下降?？烧{(diào)諧天線解決了多頻段、多模式手機(jī)中的這一問題，并且能夠擴(kuò)展手機(jī)的工作頻率范圍，例如從美國GSM850切換到歐洲GSM900，同時(shí)尺寸和效率保持不變。在多用途設(shè)備中，發(fā)送短信、通話或?yàn)g覽網(wǎng)絡(luò)會(huì)涉及到不同的頭部和手部位置，這會(huì)給天線提供不同的負(fù)載阻抗，導(dǎo)致天線失諧和信號(hào)質(zhì)量下降?？烧{(diào)諧阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)則能根據(jù)條件變化隨機(jī)應(yīng)變，恢復(fù)失諧的信號(hào)。
升壓DC/DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器工作頻率為650 kHz/1300 kHz

　　ADP1613升壓轉(zhuǎn)換器采用2.5 V至5.5 V單電源供電，卻能夠提供150 mA以上的電流和高達(dá)20 V的電壓。通過將一個(gè)2 A、0.13 ？功率開關(guān)與一個(gè)電流模式脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)器集成在一起，其輸出隨輸入電壓、負(fù)載電流和溫度變化而改變的幅度不到1%。工作頻率可通過引腳選擇，并可通過優(yōu)化實(shí)現(xiàn)高效率或最小外部元件尺寸：650 kHz時(shí)，其效率可達(dá)到90%;1.3 MHz時(shí)，其電路能夠以最小空間實(shí)現(xiàn)，因而非常適合便攜式設(shè)備和液晶顯示器中的空間受限環(huán)境?？烧{(diào)軟啟動(dòng)電路可將浪涌電流降至最小，從而確保安全、可預(yù)測(cè)的啟動(dòng)條件。ADP1613在開關(guān)狀態(tài)下的功耗為2.2 mA，在非開關(guān)狀態(tài)下的功耗為700 ？A，而在關(guān)斷模式下的功耗為10 nA。它采用8引腳MSOP封裝，額定溫度范圍為–40℃至+85℃，千片訂量報(bào)價(jià)為0.70美元/片。

　　四通道12位DAC提供高壓輸出

　　四通道12位高壓DACAD5504提供引腳可選的0 V至30 V或0 V至60 V輸出范圍。該器件功能完整，內(nèi)置精密基準(zhǔn)電壓源、溫度傳感器、四個(gè)雙緩沖DAC和四個(gè)高壓放大器。上電時(shí)，數(shù)字部分使能并設(shè)置為已知狀態(tài)，模擬部分則保持禁用狀態(tài)，直到通過SPI端口發(fā)出上電命令。如果芯片溫度超過110°C，溫度傳感器將斷開模擬輸出，并設(shè)置一個(gè)報(bào)警標(biāo)志。在30 V模式下，AD5504的最大微分非線性（DNL）額定值為1 LSB，而最大積分非線性（INL）額定值為3 LSB。它采用10 V至62 V和2.3 V至5.5 V電源供電，正常模式下的功耗為2 mA，而掉電模式下的功耗為30 mA。它采用16引腳TSSOP封裝，額定溫度范圍為–40℃至+105℃。

　　七、濾波器選擇需注意的十個(gè)問題

　　近期接觸幾位技術(shù)工程師朋友在選用濾波器，發(fā)現(xiàn)了不少有意思的問題，才發(fā)現(xiàn)波平浪靜處水最險(xiǎn)，簡(jiǎn)曰“燈下黑”。于是才斗膽誕生此文。

　　1、如果未經(jīng)過對(duì)儀器的EMI、EMS指標(biāo)測(cè)試就選定了濾波器，基本上屬于“盲人騎瞎馬、夜半臨深池”的主兒；

　　2、如果機(jī)器上選擇的是一個(gè)市面上買來的通用濾波器，這個(gè)濾波器基本上是可以不加的；

　　3、濾波器8分定制、2分通用才算比較靠譜。

　　下此結(jié)論的原因是因?yàn)樽罱龅降暮脦灼鹗虑?，都加了濾波器，但傳導(dǎo)就是不過，最后還是根據(jù)測(cè)試結(jié)果給設(shè)計(jì)了個(gè)濾波器樣品，一裝上ok才算pass，其實(shí)設(shè)計(jì)本身也并不復(fù)雜，不過多加了一級(jí)差模電容和差模電感、或調(diào)整了一下濾波器電感電容的參數(shù)而已。通用型的IEC插座濾波器，里面的空間很小，一般只能放得下2個(gè)共模電容、一個(gè)差模電容和一個(gè)共模電感，靠這點(diǎn)東西就能放之四海而皆準(zhǔn)，難度莫大焉。

　　那濾波器應(yīng)如何選型？

　　第一種是預(yù)知曉（起碼是估計(jì)）需濾掉的雜波頻點(diǎn)或頻段和強(qiáng)度，然后提出對(duì)濾波頻段的衰減要求，將此要求提給廠家，由廠家給您設(shè)計(jì)一款適用的濾波器。

　　第二種是先設(shè)計(jì)產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)空間上預(yù)留出裝濾波器的位置，等產(chǎn)品裝好后進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)試的結(jié)果確定濾波器的濾除頻點(diǎn)和衰減特性。

　　除此二者外，基本上沒有其他的方法能有效地選好濾波器。

　　案例1：

　　如低頻無極燈產(chǎn)品，整流器開關(guān)頻率220KHz，此頻率是干擾的基頻，其他干擾頻率基本都是此頻點(diǎn)的高次諧波，在起初設(shè)計(jì)時(shí)，就可以根據(jù)預(yù)估給出濾波器的要求來，220KHz頻點(diǎn)時(shí)，共模插損ILCM=60dB 差模插損ILDM=60dB，根據(jù)這個(gè)要求，濾波器廠家就可以設(shè)計(jì)出濾波器來。

　　如手術(shù)室用監(jiān)護(hù)儀，與手術(shù)刀在共同的環(huán)境下使用，手術(shù)刀的頻率是500KHz，可以根據(jù)預(yù)估給出對(duì)濾波器的要求，500KHz頻點(diǎn)時(shí)，共模插損ILCM=70dB 差模插損ILDM=70dB，根據(jù)這個(gè)要求，濾波器廠家就可以設(shè)計(jì)出濾波器來。

　　插損這個(gè)指標(biāo)，行規(guī)是在50Ω的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載下測(cè)得的，但實(shí)際電路中，阻抗匹配的不可能這樣標(biāo)準(zhǔn)，因此，插損的指標(biāo)在使用會(huì)打些折扣。所以預(yù)估時(shí)要求指標(biāo)要高些。

　　案例2：某產(chǎn)品未加濾波器時(shí)的測(cè)試結(jié)果，畫黑圈的是兩個(gè)主要的超標(biāo)頻點(diǎn)，最左側(cè)的點(diǎn)是213KHz，超標(biāo)7dB左右，右面一個(gè)是它的高次諧波，可以不必理它，213K濾掉了，那個(gè)也就跟著消除了。

　　作為電子設(shè)計(jì)工程師，能預(yù)估出、或能測(cè)出預(yù)定的干擾頻率和提出擬衰減的指標(biāo)來，這就夠了。

　　濾波器有多種，做儀器設(shè)備中常用到的是電源濾波器和信號(hào)濾波器。其他類型的作無功功率補(bǔ)償?shù)碾娏V波器、微波頻段的濾波器不是這里討論的內(nèi)容。

　　濾波器的選擇需要考慮以下多點(diǎn)：

　　1.電壓

　　這個(gè)電壓值要求是一個(gè)范圍，是穩(wěn)態(tài)電壓±紋波電壓的綜合。

　　2.電流

　　電流的指標(biāo)很關(guān)鍵，它決定了濾波器內(nèi)部的電感的繞組銅線和引出線的線徑。如果選細(xì)了，細(xì)導(dǎo)線上跑大電流，如小馬拉大車，會(huì)引起嚴(yán)重發(fā)熱以至燒毀。這個(gè)電流也是一個(gè)范圍，穩(wěn)態(tài)電流+波動(dòng)電流的最大值。

　　3.電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求

　　既然是濾波器，為的就是濾掉一些不期望的頻段，而濾除的效果一般是由EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的直觀結(jié)果來確定。尤其是電源濾波器，最好能確定用此濾波器的產(chǎn)品需要通過的是哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求的不同，在選擇時(shí)也有其特定的測(cè)試頻段要求。

　　電源濾波器的主要針對(duì)指標(biāo)是傳導(dǎo)發(fā)射CE和傳導(dǎo)抗擾CS，信號(hào)濾波器的則主要看EMC標(biāo)準(zhǔn)里對(duì)不期望輸入頻段和不期望輸出頻段的要求了。

　　比如無極燈用的整流器，本身就是一個(gè)開關(guān)工作狀態(tài)，會(huì)有對(duì)外的發(fā)射，EMC測(cè)試時(shí)候會(huì)重點(diǎn)檢查其開關(guān)頻率以及其高次諧波成分的傳導(dǎo)干擾，濾波器就需要針對(duì)這些特定頻段或頻點(diǎn)具有足夠的濾除效果。

　　4.安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求

　　讀者可能會(huì)覺得奇怪，選濾波器，說安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)干啥？這是因?yàn)闉V波器一般用在電源輸入端和板卡的接口處，這些部位都是安規(guī)問題的重災(zāi)區(qū)。等于是濾波器一身承擔(dān)了多個(gè)要求。與濾波器有關(guān)的安規(guī)重點(diǎn)是三個(gè)指標(biāo)：絕緣耐壓、漏電流、剩余電壓剩余能量。

　　絕緣耐壓打LN對(duì)地的絕緣強(qiáng)度，考驗(yàn)的是Y電容的耐壓值，Y電容大了，漏電流就會(huì)大，容易導(dǎo)致安規(guī)要求上的漏電流超標(biāo)，現(xiàn)在有部分廠家設(shè)計(jì)上就采取了輸入端無Y電容設(shè)計(jì)（如圖）。這樣LN對(duì)G就成了LN通過L1、Cy1、Cy2、G’對(duì)G了，而G和G’是不連的。如果采用了輸入端接Y電容的方式，即將Cy1和Cy2放到前面R的左面來，則測(cè)試時(shí)須注意絕緣耐壓的設(shè)定和漏電流的大小是正相關(guān)的，最高不超過20mA。曾經(jīng)遇到過差點(diǎn)被退貨說濾波器安規(guī)不合格的情況，最后經(jīng)查是1500V時(shí)漏電流設(shè)定為2mA（應(yīng)為5mA），測(cè)試儀器報(bào)警就是正常的了。

　　另一個(gè)問題就是R的選擇，有好多廠家的濾波器沒裝這個(gè)電阻，在拔掉插頭后，在較短的時(shí)間內(nèi)，去摸電源的插口，如果會(huì)有被電的感覺，問題就出在沒裝這個(gè)電阻上。這是個(gè)高耐壓、起泄放電作用的功率電阻。

　　5.濾波器電路結(jié)構(gòu)形式

　　電路結(jié)構(gòu)形式和期間的參數(shù)選擇是濾波器的核心，但就是在這一部分，應(yīng)用工程師的選擇常常兩眼一摸黑著選，雖然大多時(shí)候也差不多可以用，但既不知己也不知彼的設(shè)計(jì)方式，浪費(fèi)資源、埋留隱患的可能性就大大增加。這在需要精益設(shè)計(jì)、從中國制造到中國創(chuàng)造的電子制造業(yè)，從初級(jí)工程師向資深工程師的成長期望上來說，都是不合時(shí)宜的。

　　濾波器的作用是對(duì)通過其的不同頻率有不同的放大效果，對(duì)通帶內(nèi)頻段的則不衰減，對(duì)通帶外要抑制的則以幾十個(gè)dB的級(jí)別進(jìn)行衰減，從而達(dá)到過篩子的目的。但就是濾波器在對(duì)不同頻率的電壓幅值采取不同放大倍數(shù)的時(shí)候，電磁波的相位也在發(fā)生變化，因?yàn)橄辔灰彩呛皖l率有關(guān)的，所以濾波器結(jié)構(gòu)形式的選取，也還是有些學(xué)問的。

　　濾波器結(jié)構(gòu)形式常用的是三種：

　　a.巴特沃思濾波器：特點(diǎn)是通帶內(nèi)放大倍數(shù)平整，通帶內(nèi)，隨著頻率的變化，濾波器放大倍數(shù)基本維持不變；但缺點(diǎn)是通帶向截止段的過渡段，過渡的較為平緩。意思是說，敵人和朋友的界限不是很清楚，有一部分朋友也在干著敵人的事情，有一部分?jǐn)橙艘苍趲臀覀儯瑢?duì)這一部分是殺掉還是留在組織里，讓人很糾結(jié)。如果有用頻率和干擾頻率離得很近，這種濾波器的作用就很有問題。

　　b.切比雪夫?yàn)V波器：它可以很好的解決巴特沃思過渡帶平緩的缺點(diǎn)，在這種形式的濾波器中，過渡帶很陡峭，即使有用頻率和干擾頻率很近，因?yàn)檫^渡帶很陡峭，所以其截止頻率點(diǎn)前后兩個(gè)頻段放大倍數(shù)的差別很大，非友即敵，很好區(qū)分，是朋友就沒干過對(duì)不起我們的事，是敵人的就沒干過對(duì)我們好的事，所以朋友拉入組織優(yōu)厚待遇，是敵人則干凈利落的消滅之。高山之側(cè)必有深谷，一個(gè)優(yōu)點(diǎn)必然伴隨著一個(gè)缺點(diǎn)，切比雪夫?yàn)V波器的缺點(diǎn)是在通帶頻率的末端部分，放大倍數(shù)會(huì)有較強(qiáng)的波動(dòng)，即在通帶內(nèi)，隨著頻率的變化，放大倍數(shù)雖然比濾除頻段大了很多，但對(duì)通帶內(nèi)的頻率，其放大倍數(shù)并不是保持穩(wěn)定不變的，就是說，朋友們的情緒并不穩(wěn)定，也不是所有朋友都一如既往的付出幫助。（僅做舉例說明，不要誤解為對(duì)朋友的不滿哈）

　　c.貝塞爾濾波器：此種濾波器不是很通用，用的較專，因?yàn)樗奶匦允窍辔痪€性。前兩種關(guān)注的是放大倍數(shù)，但如果對(duì)語音信號(hào)，比如歌曲，通帶內(nèi)放大倍數(shù)雖然沒有變化，但其旋律卻不再悠揚(yáng)。因?yàn)橄辔坏淖兓瘜?dǎo)致歌曲的嘔呀啁咤難為聽。此時(shí)，貝塞爾濾波器將會(huì)發(fā)生其作用。

　　至于選擇哪種濾波器電路結(jié)構(gòu)形式，電路工程師未必去做深入研究，但須知道自己想要的特性，并提供給濾波器廠家，由他們幫您做選擇。

　　現(xiàn)在的電源濾波器都是低通濾波器，通過的都是工頻50Hz或60Hz，這是有用頻率，其他的全是無用的了，所以用截止頻率在1KHz以上的就綽綽有余，因此，盲人騎瞎馬似的隨便選濾波器，很多時(shí)候也沒出問題。所以對(duì)電源濾波器的選取在工藝、安規(guī)上就要多關(guān)注了。但在有特定輸出或輸入的場(chǎng)合，電源濾波器的選擇就要謹(jǐn)慎了。比如醫(yī)療手術(shù)時(shí)的電刀產(chǎn)品，其工作頻率是500KHz，它本身會(huì)對(duì)網(wǎng)電源造成干擾，所以電刀的對(duì)外傳導(dǎo)干擾需要抑制；同時(shí)，與電刀共用電源的設(shè)備也要警惕，其500KHz也可能會(huì)對(duì)您產(chǎn)生干擾。
[!--empirenews.page--]6.插損曲線

　　濾波器的插損測(cè)量當(dāng)不得真。舉例來說，如果我們發(fā)現(xiàn)100KHz超標(biāo)13dB，選擇了一款濾波器，從插損曲線上看出其在100KHz時(shí)的插損是20dB，覺得此濾波器用上去就肯定就沒問題，那就錯(cuò)了，因?yàn)閺S家的插損曲線都是在50Ω-50Ω的標(biāo)準(zhǔn)阻抗下測(cè)得，實(shí)際上的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，基本可以肯定不是如此標(biāo)準(zhǔn)的源阻抗和負(fù)載阻抗特性，所以濾波器的衰減效果會(huì)大打折扣，因此，選擇的時(shí)候?qū)M抑制的頻率點(diǎn)必須至少留出20dB的余量，如上例就需選擇100KHz時(shí)插損不低于33dB的濾波器。

　　另外插損分共模插損和差模插損，一般對(duì)30MHz以上的干擾，選擇共模插損滿足上面要求的濾波器，10MHz以下的干擾選擇差模插損滿足要求的濾波器，對(duì)上例100KHz，選擇差模插損33dB的濾波器。

　　7.濾波器的安裝形式

　　這個(gè)問題好理解，一般有板式（有可焊插針引腳）、螺絲固定安裝、IEC標(biāo)準(zhǔn)（帶單相220V三針輸入）、帶開關(guān)的IEC，這個(gè)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)功能要求選擇即可。

　　8.安裝工藝規(guī)范

　　濾波器的安裝是僅次于電路結(jié)構(gòu)形式和組成器件指標(biāo)的技術(shù)要素。主要體現(xiàn)在濾波器的位置、接地的措施。位置要求靠近輸入或輸出端，為的避免輸入端輸出端線纜上的高頻干擾輻射出來影響到其他電路；輸入線輸出線不得并行走線，不得靠近走線，以免相互串?dāng)_造成該干凈的干凈不了；濾波器課題是金屬殼體，接地要求面接地而不是線接地，須保證整個(gè)面與地接觸良好，不能僅靠固定引腳的螺絲或上面引出的接地導(dǎo)線來接地，導(dǎo)線接地的引線電感量大，高頻接地阻抗偏高導(dǎo)致高頻接地不良，濾波效果不好；接地線纜不宜用擰接方式，必須選用焊接方式。

　　9.濾波器的Q值

　　Q值對(duì)實(shí)際濾波效果影響倒不大，但Q值代表的是損耗 / 輸入功率，Q值越高，說明損耗越大，意指會(huì)有部分能量在濾波器的電感上被損耗掉。在一般的低功率電源濾波器和信號(hào)濾波器上，此問題不會(huì)太突出。但在較大功率的濾波器上，這個(gè)損耗不可小視，一是會(huì)引起發(fā)熱，發(fā)熱后的電容會(huì)引起較大的負(fù)面影響，漏電流、耐壓、容值等都會(huì)隨溫度變化而變化；二是耗電量大會(huì)導(dǎo)致無謂的電損失。

　　10.其他

　　另外的內(nèi)容就是濾波器的內(nèi)部了，作為用戶是看不到的，灌封膠的灌封均勻致密程度、器件和金屬之間絕緣紙的厚度，這些用戶只能通過訊問的方式了解了，至于生產(chǎn)廠家說不說實(shí)話，全憑天命。

　　八、開關(guān)電源中選取濾波電容的三個(gè)主要參數(shù)

　　開關(guān)電源中選取濾波電容的三個(gè)主要參數(shù)

　　許多電子設(shè)計(jì)者都知道濾波電容在電源中起的作用，但在開關(guān)電源輸出端用的濾波電容

　　上，與工頻電路中選用的濾波電容并不一樣，在工頻電路中用作濾波的普通電解電容器，其

　　上的脈動(dòng)電壓頻率僅有100 赫茲，充放電時(shí)間是毫秒數(shù)量級(jí)，為獲得較小的脈動(dòng)系數(shù)，需要

　　的電容量高達(dá)數(shù)十萬微法，因而一般低頻用普通鋁電解電容器制造，目標(biāo)是以提高電容量為

　　主，電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要參數(shù)。

　　在開關(guān)穩(wěn)壓電源中作為輸出濾波用的電解電容器，其上鋸齒波電壓的頻率高達(dá)數(shù)十千

　　赫，甚至數(shù)十兆赫，它的要求和低頻應(yīng)用時(shí)不同，電容量并不是主要指標(biāo)，衡量它好壞的則

　　是它的阻抗一頻率特性，要求它在開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻段內(nèi)要有低的等的阻抗，同時(shí)，對(duì)

　　于電源內(nèi)部，由于半導(dǎo)體器件開始工作所產(chǎn)生高達(dá)數(shù)百千赫的尖峰噪聲，亦能有良好的濾波

　　作用，一般低頻用普通電解電容器在10 千赫左右，其阻抗便開始呈現(xiàn)感性，無法滿足開關(guān)

　　電源使用要求。

　　開關(guān)穩(wěn)壓電源專用的高頻鋁電解電容器，它有四端個(gè)子，正極鋁片的兩端分別引出作為

　　電容器的正極，負(fù)極鋁片的兩端也分別引出作為負(fù)極。穩(wěn)壓電源的電流從四端電容的一個(gè)正

　　端流入，經(jīng)過電容內(nèi)部，再從另一個(gè)正端流向負(fù)載；從負(fù)載返回的電流也從電容的一個(gè)負(fù)端

　　流入，再從另一個(gè)負(fù)端流向電源負(fù)端。

　　因?yàn)樗亩穗娙菥哂辛己玫母哳l特性，它為減小輸出電壓的脈動(dòng)分量以及抑制開關(guān)尖峰噪

　　聲提供了極為有利的手段。

　　高頻鋁電解電容器還有多芯的形式，它將鋁箔分成較短的若干小段，用多引出片并聯(lián)連

　　接以減小容抗中的電阻成份，同時(shí)，采用低電阻率的材料并用螺桿作為引出端子，以增強(qiáng)電

　　容器承受大電流的能力。

　　疊片電容也稱為無感電容，一般電解電容器的芯子都卷成圓柱形，等效串聯(lián)電感較大；

　　疊片電容的結(jié)構(gòu)和書本相仿，因流過電流產(chǎn)生的磁通方向相反而被抵消，因而降低了電感的

　　數(shù)值，具有更為優(yōu)良的高頻特性，這種電容一般做成方形，便于固定，還可以適當(dāng)減小占機(jī)

　　體積。

　　此外，還有一種將四端和疊片相結(jié)合的四端疊片式高頻電解電容器，它綜合了兩者的優(yōu)

　　點(diǎn)，高頻特性更佳。