本文主要介紹了關(guān)于干擾電源濾波器分類(lèi)的相關(guān)知識，并著(zhù)重對干擾電源濾波器系列進(jìn)行了描述。濾波是信號處理中的一個(gè)重要概念，濾波電路的作用是盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數降低，波形變得比較平滑。一般來(lái)說(shuō)，濾波分為經(jīng)典濾波和現代濾波。

 

濾波是信號處理中的一個(gè)重要概念，濾波電路的作用是盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數降低，波形變得比較平滑。

 

 

一般來(lái)說(shuō)，濾波分為經(jīng)典濾波和現代濾波。

 

經(jīng)典濾波是根據傅里葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念，根據高等數學(xué)理論，任何一個(gè)滿(mǎn)足一定條件的信號，都可以被看成是由無(wú)限個(gè)正弦波疊加而成。

 

換句話(huà)說(shuō)，就是工程信號是不同頻率的正弦波線(xiàn)性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一定頻率范圍內的信號成分正常通過(guò)，而阻止另一部分頻率成分通過(guò)的電路，叫做經(jīng)典濾波器或濾波電路。

 

 

在經(jīng)典濾波和現代濾波中，濾波器模型其實(shí)是一樣的（硬件方面的濾波器其實(shí)進(jìn)展并不大），但現代濾波還加入了數字濾波的很多概念。

 

 

電源濾波器是由電感和電容組成的低通濾波電路所構成，它允許直流或50Hz電流通過(guò)，對頻率較高的干擾信號則有較大的衰減。由于干擾信號有差模和共模兩種，因此電源濾波器要對這兩種干擾都具有衰減作用。

 

 

當我們選用電源濾波器時(shí)，應主要考慮三個(gè)方面的指標；首先是電壓/電流，其次是插入損耗，最后是結構尺寸。由于濾波器內部一般是經(jīng)過(guò)灌封處理的，因此環(huán)境特性不是主要問(wèn)題。但是所有的灌封材料和濾波電容器的溫度特性對電源濾波器的環(huán)境特性有一定的影響。

 

電源有交流直流之分，與此相對應，許多廠(chǎng)家的電源濾波器也分為交流和直流兩種。從原理上講，交流電源濾波器既可用在交流電源上，也可在直流電源上使用；但直流電源濾波器不能用在交流的場(chǎng)合，這主要因為直流濾波器中的電容器的耐壓較低，并且有可能其交流損耗較大，導致過(guò)熱。即使直流濾波器耐壓沒(méi)有問(wèn)題，由于直流濾波器中使用了容量較大的共模濾波電容器，如果在交流的場(chǎng)合會(huì )產(chǎn)生漏電流超標的問(wèn)題。因此，直流電源濾波器絕對不能用在交流的場(chǎng)合。交流濾波器用在直流場(chǎng)合，從安全的角度看沒(méi)有問(wèn)題，但要付出成本和體積的代價(jià)；在樣機階段，如果手頭正好有交流濾波器，可以代替直流濾波器。

 

當電源濾波器的工作電流超過(guò)額定電流時(shí)，不僅會(huì )造成濾波器過(guò)熱，而且會(huì )導致濾波器的低頻濾波性能降低。這是因為濾波器中的電感在較大電流的情況下，磁芯會(huì )發(fā)生飽和現象，使實(shí)際電感量減小。因此，確定濾波器的額定工作電流時(shí)，要以設備的最大工作電流為準，確保濾波器在最大電流狀態(tài)下具有良好的性能，否則當干擾在最大工作電流狀態(tài)下出現時(shí)，設備會(huì )受到干擾或傳導發(fā)射超標。

 

在確定濾波器的額定電流時(shí)，要留有一定的余量；特別是人們習慣上對交流電稱(chēng)“有效值”，而不是交流電的“峰值”，留有一定余量是非常有必要的。一般濾波器的額定電流值應取實(shí)際電流值的1.5倍。

 

 

饋通濾波器常用于移動(dòng)通訊設備、雷達導航等一些高頻處理模塊中，與屏蔽結構體配合，處理輸入或輸出的低頻信號，是其他形式的電容器不能替代的產(chǎn)品?，F在電子線(xiàn)路的工作頻率和周?chē)h(huán)境中的電磁干擾頻率越來(lái)越高，將濾波器安裝在線(xiàn)路板上所暴露出的高頻濾波不足的問(wèn)題比較突出。要想在UHF或更高的頻段獲得更好的濾波效果，特別是保護屏蔽體不被穿透時(shí)，必須使用饋通型濾波器解決。

 

饋通型濾波器安裝在金屬面板上，具有很低的接地阻抗，并且利用金屬面板隔離濾波器的輸入和輸出，因此濾波器具有非常好的高頻濾波效果。饋通濾波器的電路結構分為C型(穿心電容)、L形(一個(gè)穿心電容加一個(gè)電感)、T形(兩個(gè)電感加一個(gè)穿心電容)、π形(兩個(gè)穿心電容加一個(gè)電感)等;濾波器的器件越多，則濾波器的過(guò)渡帶越短，阻帶的插入損耗越大。其中C型饋通濾波器一般成為穿心電容器。

 

 

 

任何有引線(xiàn)的電容器的濾波效果都會(huì )受到接地電感的限制。如圖1所示，通過(guò)將電容器外表面直接用螺紋或焊接的方式接到金屬屏蔽體或面板上構成電容器的接地。由于地電流分散在中心導體周?chē)?60°的范圍內，實(shí)際上不存在引線(xiàn)電感，電容可以在很高的頻率范圍內保持良好的性能。

 

饋通濾波器的使用方法有以下三種：

 

1)安裝在屏蔽體(屏蔽盒、屏蔽機箱等)的面板上。這是最基本的使用方法，當有導線(xiàn)要穿過(guò)屏蔽體時(shí)，就需要在屏蔽體的面板上安裝饋通濾波器，使導線(xiàn)通過(guò)饋通濾波器穿過(guò)屏蔽體。

 

2)安裝在線(xiàn)路板的地線(xiàn)層上，可以利用線(xiàn)路板的地線(xiàn)層做隔離層和接地層。

 

3)安裝在電路之間的隔離板上。

 

當條件不具備，饋通濾波器不能安裝在屏蔽體面板或地線(xiàn)面上時(shí)，安裝在金屬隔板上也具有普通電容(包括三端電容)不可比擬的高頻濾波作用。

 

饋通濾波器有焊接式安裝和螺紋安裝兩種。焊接式安裝的優(yōu)點(diǎn)是節省空間，濾波性能可靠。但在將濾波器焊接到面板上時(shí)，由于面板的熱容量遠大于濾波器的熱容量，因此焊接的局部溫度有可能達到很高，容易造成饋通濾波器損壞。焊接時(shí)要注意控制焊接的時(shí)間和溫度。螺紋安裝方式簡(jiǎn)單易行，可以在面板上打通孔，用螺母將饋通濾波器擰緊;也可以直接在面板上打帶螺紋的孔，將饋通濾波器直接擰在箱體或面板上。安裝時(shí)要注意兩點(diǎn)，一是扭矩不能太大，饋通濾波器雖然從外表上看與螺釘一樣堅固，但是由于內部時(shí)空心的，扭矩過(guò)大會(huì )造成損壞。二是在安裝時(shí)要套上鋸齒墊片，這樣可以保持良好的接觸。

 

在選用饋通濾波器電路形式時(shí)，一般依據下列情況：

 

1)對干擾的衰減量：濾波器的器件數量越多，一般對干擾信號的衰減越大。

 

2)有用信號與干擾信號在頻率上的差別：有用信號與干擾信號的頻率相差越小，需要濾波器的器件數量越多。

 

3)使用濾波器的電路的阻抗：一個(gè)基本的原則是，濾波器中的電容對著(zhù)高阻抗電路，電感對著(zhù)低阻抗電路。這里的所謂高低，可以50Ω為參考。

 

 

EMI抑制鐵氧體鐵氧體隨頻率變化的阻抗分量

 

 

鐵氧體利用鐵氧體(圖2所示)在高頻電磁場(chǎng)中的損耗很大，對干擾能量有較強吸收作用的特點(diǎn)，這種材料廣泛應用于電子設備的干擾抑制方面。由于鐵氧體對高頻波的吸收作用(不是反射)，可以降低電路中電感抑制電路的Q值，減小信號諧振問(wèn)題。EMI抑制鐵氧體與在低頻或電源中使用的損耗小的電感材料特性正好相反。圖3顯示了在高頻時(shí)電阻分量是如何對阻抗特性起決定作用的。

 

 

 

 

將一個(gè)鐵氧體磁環(huán)套在導線(xiàn)或電纜上就構成了一介簡(jiǎn)單、經(jīng)濟、便于安裝的濾波器，如圖4所示。鐵氧體的作用是將導線(xiàn)周?chē)拇艌?chǎng)集中起來(lái)，從而使導線(xiàn)的電感增加數百倍。鐵氧體扼流圈的最大好處是它既不需要重新設計電路，也不需要重新設計結構，因此在設備的改進(jìn)中廣泛應用。生產(chǎn)廠(chǎng)家提供需多種不同內徑規格的分體式鐵氧體，一般內徑從5mm～13mm不等。當信號線(xiàn)和回流線(xiàn)同時(shí)穿過(guò)鐵氧體時(shí)，鐵氧體對信號(差

 

模)沒(méi)有影響，但會(huì )增加共模電流的阻抗。鐵氧體的效果可以通過(guò)將電纜在鐵氧體上多繞幾圈或多用幾個(gè)鐵氧體來(lái)加強。但增加匝數的改進(jìn)效果受到寄生電容的限制。

 

鐵氧體的效果隨著(zhù)頻率的升高而增加。鐵氧體扼流圈的阻抗在10MHz處通常為幾十歐姆，當頻率超過(guò)100MHz時(shí)，阻抗升高到數百歐姆(具體值取決于形狀和尺寸，鐵氧體體積越大，阻抗越大)。不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品或同一廠(chǎng)家的不同種類(lèi)的鐵氧體，其阻抗隨頻率的變化都有所不同。圖5是尺寸相同(外徑為5mm，長(cháng)度為11mm)但材料不同的兩種鐵氧體的特性。

 

由于鐵氧體扼流圈只不過(guò)是一個(gè)高損耗的電感，因此它只在低阻抗電路中才有作用。在高阻抗電路中使用，其效果很差甚至沒(méi)有效果。大部分電路，特別是電纜，其阻抗隨頻率的變化很復雜，并且通常在10～1,000Ω范圍內。因此單個(gè)鐵氧體所提供的衰減很有限，一般在10dB左右，很少超過(guò)20dB。鐵氧體扼流圈對于降低靜電放電電流脈沖的快速上升率別有效，這種靜電放電干擾可能會(huì )感應進(jìn)內部電纜。瞬態(tài)參量會(huì )被鐵氧體所吸收，而不是分流或反射到系統的其它部位。

 

 

要充分發(fā)揮鐵氧體的性能，下面一些注意事項十分重要：

 

1)鐵氧體磁環(huán)(磁珠)的效果與電路阻抗有關(guān)：電路的阻抗越低，則鐵氧體磁環(huán)或磁珠的濾波效果越好。因此，在一般鐵氧體材料的產(chǎn)品手冊中，并不給出鐵氧體材料的插入損耗，而是給出鐵氧體材料的阻抗，鐵氧體材料的阻抗越大，濾波效果也越好。

 

2)電流的影響：當穿過(guò)鐵氧體的導線(xiàn)中流過(guò)較大的電流時(shí)，濾波器的低頻插入損耗會(huì )變小，高頻插入損耗變化不大。要避免這種情況發(fā)生，在電源線(xiàn)上使用時(shí)，可以將電源線(xiàn)與電源回流線(xiàn)同時(shí)穿過(guò)鐵氧體。

 

3)鐵氧體材料的選擇：根據要抑制干擾的頻率不同，選擇不同磁導率的鐵氧體材料。鐵氧體材料的磁導率越高，低頻的阻抗越大，高頻的阻抗越小。

 

4)鐵氧體磁環(huán)的尺寸確定：磁環(huán)的內外徑差越大，軸向越長(cháng)，阻抗越大。但內徑一定要包緊導線(xiàn)。因此，要獲得大的衰減，在鐵氧體磁環(huán)內徑包緊導線(xiàn)的前提下，盡量使用體積較大的磁環(huán)。

 

5)共模扼流圈的匝數：增加穿過(guò)磁環(huán)的匝數可以增加低頻的阻抗，但是由于寄生電容增加，高頻的阻抗會(huì )減小。盲目增加匝數來(lái)增加衰減量是一個(gè)常見(jiàn)的錯誤。當需要抑制的干擾頻帶較寬時(shí)，可在兩個(gè)磁環(huán)上繞不同的匝數。

 

6)電纜上鐵氧體磁環(huán)的個(gè)數：增加電纜上的鐵氧體磁環(huán)的個(gè)數，可以增加低頻的阻抗，但高頻的阻抗會(huì )減小。這是因為寄生電容增加的緣故。

 

7)鐵氧體磁環(huán)的安裝位置：一般盡量靠近干擾源。對于屏蔽機箱上的電纜，磁環(huán)要盡量靠近機箱的電纜進(jìn)出口。與電容式濾波連接器一起使用效果更好：由于鐵氧體磁環(huán)的效果取決于電路的阻抗，電路的阻抗越低，則磁環(huán)的效果越明顯。因此當原來(lái)的電纜兩端安裝了電容式濾波連接器時(shí)，其阻抗很低，磁環(huán)的效果更明顯。

 

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