直流電源EMI濾波器的設(shè)計(jì)

 1 設(shè)計(jì)原則——滿足最大阻抗失配

插入損耗要盡可能增大，即盡可能增大信號(hào)反射。設(shè)電源輸出阻抗和與之端接濾波器輸人阻抗分別為ZO和ZI，根據(jù)信號(hào)傳輸理論，當(dāng)ZO≠ZI時(shí)，在濾波器輸入端口會(huì)發(fā)生反射，反射系數(shù) p=( ZO- ZI)/( ZO+ ZI)

顯然，ZO與ZI相差越大，p便越大，端口產(chǎn)生反射越大，EMI信號(hào)就越難通過。所以，濾波器輸入端口應(yīng)與電源輸出端口處于失配狀態(tài)，使EMI信號(hào)產(chǎn)生反射。同理，濾波器輸出端口應(yīng)與負(fù)載處于失配狀態(tài)，使EMI信號(hào)產(chǎn)生反射。即濾波器設(shè)什應(yīng)遵循下列原則：源內(nèi)阻是高阻，則濾波器輸人阻抗就應(yīng)該是低阻，反之亦然。

負(fù)載是高阻，則濾波器輸出阻抗就應(yīng)該是低阻，反之亦然。

對(duì)于EMI信號(hào)，電感是高阻，電容是低阻，所以，電源EMI濾波器與源或負(fù)載端接應(yīng)遵循下列原則：

如果源內(nèi)阻或負(fù)載是阻性或感性，與之端接濾波器接口就應(yīng)該是容性。

如果源內(nèi)阻或負(fù)載是容性，與之端接濾波器接口就應(yīng)該是感性。

2 EMI濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

EMI信號(hào)包括共模干擾信號(hào)CM和差模干擾信號(hào)DM，CM和DM分布如圖1所示。它可用來指導(dǎo)如何確定EMI濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)。

EMI濾波器基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

上述4種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是電源EMI濾波器基本結(jié)構(gòu)，但是在選用時(shí)，要注意以下間題：

1)雙向?yàn)V波功能——電網(wǎng)對(duì)電源、電源對(duì)電網(wǎng)都應(yīng)該有濾波功能。

2)能有效地抑制差模干擾和共模干擾——工程設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮共模干擾抑制。

3)最大程度地滿足阻抗失配原則。

幾種實(shí)際使用電源EMI濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 電源EMI濾波器參數(shù)確定方法

a)放電電阻取值 在允許情況下，電阻取值要求越小越好，需要考慮以下情況：

第一，電阻要求采用二級(jí)降額使用，保證可靠性。降額系數(shù)為0.75 V，0. 6 W。根據(jù)歐姆定律可求出n>(0.75Ve)2/(0.6 Pe)。

第二，經(jīng)過雷擊浪涌后有殘壓，其瞬時(shí)值一般在1000 V取值;其瞬時(shí)功率值不能超過額定功率值4倍，也可求出R>(Vcy)2/(4Pe)。 兩者綜合考慮取R值，一般情況下，電阻R取值為75-200 K之間。功率為2-3 W。金屬模電阻。

b)Cx電容取值

在允許情況下，容量要求越大越好，其值很難確切地估算出來，一般情況下，要求取值在l-5uf之間(對(duì)每個(gè)電容)。電容耐壓值必須經(jīng)過雷擊浪涌后取值，有殘壓，其瞬時(shí)值一般在1000V/s時(shí)不損壞，按二級(jí)降額原則選取，取值在275 V，頻率特性與電容取值有關(guān)，取值越小，頻率特性越好。

c)Cy電容取值

在允許情況下，容量要求越大越好，其值很難確切地估算出來，但是不能太大，太大則漏電流較大，一般情況下，要求取值在2 200-4 700 pf之間(對(duì)每個(gè)電容)。電容耐壓值必須經(jīng)過雷擊浪涌后取值，有殘壓，其瞬時(shí)值一般在1000V/S時(shí)不損壞，按二級(jí)降額原則選取，取值275 V，頻率特性與電容取值有關(guān)，取值越小，頻率特性越好。 Cx電容和Cy電容，一般都是通過較小電容并聯(lián)來滿足容量要求，這樣濾波器高頻特性好。

d) 電感取值

材料選取原則——從以下幾個(gè)方面考慮：第一，磁芯材料頻率范圍要寬，要保證最高頻率在1GHz，即在很寬頻率范圍內(nèi)有比較穩(wěn)定磁導(dǎo)率。第二，磁導(dǎo)率高，但是在實(shí)際中很難滿足這一要求，所以，磁導(dǎo)率往往是分段考慮。磁芯材料一般是鐵氧體。 電感量估算——考慮阻抗和頻率。共模扼流圈取值 1.5-5 mH，差模扼流圈取值為 10-50uH;。

4 直流電源EMI濾波器安裝要求

濾波器對(duì)電磁干擾抑制作用不僅取決于濾波器本身設(shè)計(jì)和它實(shí)際工作條件，而且在很大程度上還取決于濾波器安裝情況。

濾波器引線與安裝位置也是很重要問題。這是考慮到電源線除了沿電源線傳導(dǎo)時(shí)會(huì)傳輸電磁干擾外，還會(huì)在傳輸過程中將電磁干擾輻射出去，對(duì)附近敏感電路(或設(shè)備)造成輻射耦合。因此必須考慮濾波器輸人線和輸出線之間不存在耦合，否則會(huì)導(dǎo)致濾波器性能下降。為此，濾波器輸人線最好不直接引人設(shè)備內(nèi)部，而是經(jīng)過濾波之后才進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，利用設(shè)備機(jī)殼自然屏蔽作用，把電源產(chǎn)生輻射場排除在設(shè)備外部。 電源輸人線不要過長。濾波器安裝位置要緊靠電源人口。

濾波器輸入線和輸出線不要靠得太近。濾波器要良好接地，并且不能單根線按地，要與金屬機(jī)殼大面積接觸。

濾波器引腳或引線要盡可能短。

濾波器如果要和其它電路相連接，最好用接插件。

5 總結(jié)

1)濾波器金屬外殼與機(jī)箱殼必須保證良好接觸，并將接地線接好。

2)濾波器輸人線、輸出線必須有一定距離，避免濾波器性能下降。

3)濾波器連線以選用雙絞線為佳，可以消除部分高頻干擾。

4)濾波器安裝位置應(yīng)首選在電源入口處，以縮短輸入線在機(jī)箱內(nèi)長度，減小輻射干擾。

5)濾波器選用主要考慮其插人損耗，生產(chǎn)廠商所給出曲線一般取自 50Ω系統(tǒng)測試結(jié)果，而實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)一般不在50Ω，插人損耗會(huì)有一些偏差，實(shí)際應(yīng)用中電源濾波器是帶通濾波器，要注意高頻特性影響。

6)濾波器選用第2點(diǎn)是要注意工作電壓，工作電流和漏電流，以免影響使用。

7)濾波器低頻特性性能與體積有關(guān)，如果希望低頻性能好，一般以犧牲體積為代價(jià)。