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      電源EMI濾波器設計方法:

      1.確定fcn的一般方法:
            扼流圈截止頻率fen要根據電磁兼容性設計要求確定。對于騷擾源,要求將騷擾電平降低到規定的范圍;對于接收器,其接收品質體現在對噪聲容限的要求上。對于一階低通濾波器截止頻率可按下式確定:
      騷擾源:fcn=kT×(系統中低騷擾頻率);接收機:fcn=kRX(電磁環境中低騷擾頻率)。


            式中,kT、kR根據電磁兼容性要求確定,一般情況下取1/3或1/5。例如:電源噪聲扼流圈或電源輸出濾波器截止頻率取fen=20~30kHz(當開關電源頻率f一100kHz時);信號噪聲扼流圈截止頻率取fcn=10~30MHz(對傳輸速率為100Mbps的信息技術設備)。


            此外,對于輸入電流有特殊波形的設備,例如接有直接整流一電容濾波的電源輸入電路(未作功率因數校正(PFC)的開關電源和電子鎮流器之類電器通常如此),要濾除2~40次電流諧波傳導干擾,噪聲扼流圈截止頻率fcn可能取得更低一些。例如,美國聯邦通信委員會(FCC)規定電磁干擾起始頻率為300kHz;國際無線電干擾特別委員會(CISPR)規定為150kHz;美國軍標規定為10kHz。


      2.噪聲濾波器電路
            當扼流圈插入電路后,其提供的噪聲抑制效果,不但取決于扼流圈阻抗ZF大小,也與扼流圈所在電路前后阻抗(即源阻抗和負載阻抗)有關。網絡分析指出:在工作頻率范圍內,傳輸線輸入輸出阻抗匹配,可以大限度傳輸信號功率;對于噪聲,我們自然會想到插入噪聲濾波器,使其輸入輸出阻抗在噪聲頻率范圍內失配,以大限度抑制噪聲。


            因此,噪聲濾波器結構和構成元件的選擇要由噪聲濾波器所在電路的源阻抗和負載阻抗而定。從這個意義上說抗EMI濾波器實際上是噪聲失配濾波器。這里,我們特別提出噪聲失配概念有利于對噪聲與噪聲濾波器相互作用的分析(見后面應用原理部分)。

      噪聲濾波器基本電路

      圖1噪聲濾波器基本電路

            噪聲濾波器電路通常采用x形、T形、L形電路結構及他們的組合等,作成低通濾波器,基本電路結構形式如圖1所示。一般來說,對于高頻噪聲,n形結構可以提供低的輸入輸出阻抗,適于所在電路源阻抗和負載阻抗高的場合;T形結構可以提供高的輸入輸出阻抗,適于所在電路源阻抗和負載阻抗低的場合;L形結構可以提供高輸入阻抗和低輸出阻抗(或者相反),適于所在電路低源阻抗和高負載阻抗(或者相反)場合。濾波器構成元件L、C值的確定要滿足電路對噪聲頻率插入損耗要求,可按下式近似計算:

      L=Z/(2I×fc),C=1/(2n×fe×Z)


            Z為噪聲扼流圈阻抗、濾波器輸入或輸出阻抗。應該指出,L、C值計算只能是近似的。因為對于頻率高到100kHz及其諧波,電路分布參數已經不能忽略,噪聲濾波器對噪聲的抑制效果實際上往往由實驗確定。為方便設計計算,下面給出一個實際電容的阻抗頻率特性和引線電感計算方法??紤]到電容損耗和引線電感影響,實際電容等效電路和阻抗頻率特性如圖2所示。


      引線電感由下式計算:
      L=0.002/[ln(4l/d)-1]
      式中,d為導線直徑(cm),1為導線長度(cm),L為電感量(uH)。
      例如,長度1=1cm的0.31mm導線,L=0.0077uH,當頻率為1MHz時Z=0.0499;頻率為100MHz時Z=4.99。當1=2cm時,L=0.0182uH,當頻率為100MHz時,Z=11.44歐。

      實際電容的串聯等效電路

      (a)

      (b)


      3.噪聲濾波器應用原
            根據電磁兼容性要求選擇、使用噪聲濾波器的方法或程式不是唯一的。這要作為電磁兼容性設計過程的一部分,在電器設計、生產、調試中解決。盡管如此,在設計使用噪聲濾波器之前,了解電磁騷擾傳播方式、噪聲頻率范圍和插入電路的電磁環境是有益的。


      電磁騷擾的傳播方式大致分兩種:

            一種是傳導干擾,另一種是輻射干擾。用于改善電路噪聲容限的板上型噪聲濾波器可設計在9kHz~1780MHz頻率范圍內(根據電磁兼容有關標準)某一頻段下工作。大體上可以認為:噪聲頻率低段表現為傳導干擾(騷擾),噪聲濾波器主要靠扼流圈感抗提供噪聲抑制;在噪聲頻率高端,傳導噪聲功率被扼流圈等效電阻吸收和分布電容旁路,這時,輻射騷擾成為干擾的主要形式。


            輻射騷擾在附近元件、引線上感生噪聲電流,嚴重時會引起電路自激,這在小型高密度電路元件組裝情況下變得更加突出??笶MI器件大都作為低通濾波器插入電路中抑制或吸收噪聲干擾??筛鶕枰种频脑肼曨l率,設計

      或選擇濾波器截止頻率fcn。上面已經提及,噪聲濾波器作為噪聲失配器插入電路中。其作用是對高于信號頻率的噪聲嚴重失配。用噪聲失配概念,濾波器的作用可以這樣來理解:通過噪聲濾波器,噪聲或因分壓(衰減)降低噪聲輸出電平;或因多次反射吸收噪聲功率;或因通道相位改變破壞寄生振蕩條件,從而改善了電路的噪聲容限。


      此外,設計、使用抗EMI器件要注意以下幾個問題:
      (1)了解電磁環境,合理選擇頻率范圍;
      (2)噪聲濾波器所在電路中是否存在直流或強交流,防止器件磁心飽和失效;
      (3)了解插入電路前后阻抗大小和性質使達到噪聲失配,扼流圈阻抗一般為30~5009,宜在低源阻抗和負載阻抗下使用;
      (4)注意分布電容和相鄰元件、導線產生感性交擾;
      (5)控制器件溫升,一般不要超過60℃。



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