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抗电源电磁干扰的EMI滤波器设计原理、结构及使用方法(2)

抗电源电磁干扰的EMI滤波器设计原理、结构及使用方法(2)

6、滤波器的安全性能参数
6.1滤波器与漏电流
电网滤波器漏电流定义为:在额定交流电压下,滤波器外壳到交流进线任一端的电流。如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的,则漏电流的值,主要取决于共模电容CY的漏电流,即主要取决于CY的容量。由于滤波器漏电流的大小,涉及到人身安全,国际上各国对此都有严格的标准规定。对于220V/50Hz交流电网供电,一般要求噪声滤波器的漏电流小于1mA。

6.2滤波器与试验电压
对于交流电网噪声滤波器,试验电压分为两种:一种是加在交流进线两端,即线—线试验电压。若电感线圈及引线是绝缘良好的,它主要取决于电容器CX的耐压;另一种是加在交流进线任一端与机壳地之间,即线—地试验电压。它主要取决于CY的耐压。

漏电流和试验电压都是噪声滤波器的安全性能参数,是滤波器中电感线圈、绝缘和电容器CX、CY安全性能的具体表现,并且与设备及人身安全紧密相关。因此在电网噪声滤波器的设计、生产和使用中,都要特别加以重视,把这些技术参数的认证和检验放在首位。

7、滤波器的技术参数及正确使用
(1)插入损耗是噪声滤波器的重要技术参数之一,在设计和选用时应予主要考虑。在滤波器的安全、常规电气性能、环境及机械等条件都满足要求时,应尽量选择插入损耗值大些。

插入损耗的定义如图3所示,当没接滤波器时,信号源输出电压为V1,当滤波器接入后,在滤波器输出端测得信号源的电压为V2。若信号源输出阻抗与接收机输入阻抗相等,都是50Ω,则滤波器的插入损耗为:IL=20log(V1/V2)(1)


图3插入损耗的定义




图4滤波器网络结构的选择




图5公共阻抗耦合的等效电路



因为电源噪声滤波器能衰减共模和差模噪声,所以它即有共模插入损耗,又有差模插入损耗。

但在实际选用滤波器时,应注意产品手册给出的插入损耗曲线,都是按照标准规定,在其输入和输出阻抗都为50Ω条件下测得的。因为实际的滤波器两端阻抗不一定在全频率范围内是50Ω,所以它对EMI信号的衰减,并不等于产品手册中给出的插入损耗值。特别当使用安装不当时,还会远远小于标准给定的插入损耗。

(2)电源噪声滤波器是一种具有互易性的无源网络。在实际应用中为使它有效地抑制噪声应合理配接。按图4所示组合来选择滤波器的网络结构和参数,才能得到较好的EMI抑制效果。

当滤波器的输出阻抗与负载阻抗不相等时,在此端口上会产生反射,两个阻抗相差越大,端口产生的反射也越大。当滤波器两端阻抗都与外部阻抗不相等时,则EMI信号将在其输入和输出端都产生反射。这时电源滤波器对电磁干扰噪声的衰减,就与滤波器固有的插入损耗和反射损耗有关,可利用这点更有效地抑制电磁干扰噪声。在实际设计和选择使用EMI滤波器时,要注意滤波器阻抗的正确连接,以造成尽可能大的反射,使滤波器在很宽的频率范围内造成较大的阻抗失配,从而得到更好的电磁干扰抑制性能。

(3)在电源滤波器的实际应用中,要求其外壳与系统地之间有良好的电气连接,且应使接地线尽量短,因为过长的接地线会加大接地电阻和电感,而严重削减滤波器的共模抑制能力,同时也会产生公共接地阻抗耦合的问题。如图5所示,接地线过长,则滤波器输入和输出之间的公共耦合阻抗Zg也过大,负载上电压为:V0=VZ+Vg=VZ+(Ii-IO)Zg(2)式中:Ii为滤波器交流输入电路的噪声电流;IO为滤波器输出电路的噪声电流。

由式(2)可知,电磁干扰信号经过滤波器衰减后,在输出端的噪声电流大大小于输入端的噪声电流,即公共接地阻抗引起的压降(Ii-IO)Zg将很大,在Zg上将产生一个很高的电磁干扰电压,经过公共接地回路耦合到滤波器的输出端,从而大大减弱噪声滤波器对EMI噪声的抑制能力。

减小公共阻抗耦合的最好方法,就是借助设备的电磁屏蔽,把噪声滤波器的输入端与输出端隔离开,同时滤波器的接地线要尽量短,这样既把滤波器输入与输出端间存在的电磁耦合降到最低程度,又不破坏设备的屏蔽结构对于电磁干扰噪声的抑制作用。

理想的电源噪声滤波器安装方式如图6所示。

(4)综上所述,电源噪声滤波器的使用应注意如下几点:

①滤波器应尽量靠近设备交流电入口处安装,应使未经过滤波器的交流进线在设备内尽量短;
②滤波器中的电容器引线应尽可能短,以免引线感抗和容抗在较低频率上产生谐振;
③滤波器接地线上有大的电流流过,会产生电磁辐射,应对滤波器进行良好的屏蔽和接地;
④滤波器的输入线和输出线不能捆扎在一起,布线时尽量增大其间距离,以减小它们之间的耦合,可加隔板或屏蔽层。

8、结语
电磁干扰滤波器的设计和选用,主要依据噪声干扰特性和系统电磁兼容性的要求,在了解电磁干扰的频率范围,估计干扰的大致量级的基础上进行。首先要了解滤波器的使用环境(使用电压、负载电流、环境温湿度、振动冲击、安装方式和位置等),要重点考虑其安全性能参数,因为关系到设备及人身安全。还要使滤波器对EMI噪声产生最佳的抑制效果。应根据接入电路的要求,以产生最大阻抗不匹配的原则来选择滤波器的网络结构和参数。为了获得最佳的电磁噪声衰减特性,滤波器应该正确地安装在电子设备上。
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