电磁兼容4_滤波_2011

电磁兼容课件

第四章干扰滤波技术干扰滤波在EMC设计中作用差模干扰和共模干扰常用滤波电路怎样制作有效的滤波器正确使用滤波器

应用场合滤波器主要应用于以下一些场合： (1)在高频系统中，用于抑制工作频带以外的任何频带上的干扰。 (2)在各种信号电路中，用于抑制频谱成分不同于有用信号频谱的干扰。 (3)在电源电路、操作电路、控制电路和转换电路中，用于抑制沿这些电路的干扰。

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滤波技术滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰；以实现这两种不同功能为目标而设计的网络分别称为信号选择滤波器和电磁干扰滤波器。滤波是压缩信号回路干扰频谱的一种方法，当干扰频谱的成分不同于有用信号的频带时，就可以用滤波器将无用的干扰过滤减小到一定程度，使传出系统的干扰不至于引起系统的误动作。滤波器将有用信号和干扰频谱隔离得越充分，它对减小有用信号回路内干扰的效果就越好。自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

滤波器的作用信号滤波器

电源滤波器

作用：切断干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完善的干扰防护。自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

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满足电源线干扰发射和抗扰度要求

满足电快脉冲、静电放电试验要求电快脉冲试验包括对电源线注入试验和对信号电缆注入试验两方面的内容。当电源入口处安装的电源线滤波器参数不匹配时，无法起到滤波作用；对于信号电缆的试验，选择何种结构的滤波器及参数确定，以及采用共模或差模滤波等，都是非常重要的。

GJB151A中，传导敏感度的试验项目中CS101、CS106是针对电源线的，可采用电源线滤波器的方式解决。自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

静电放电对设备的干扰主要是由于放电电流周围的高频电磁场，必须通过电缆端口安装滤波器解决。自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

满足抗扰度及设备辐射发射要求信号线滤波器

共模电流电缆上的干扰电流按照其流动路径分为共模干扰电流和差模干扰电流。两种干扰电流的滤波方法不同，设计前必须了解干

扰电流的种类，然后再采取相应的滤波方法。共模干扰电流在电缆与大地之间形成的回路中流动，其原因在于电缆与大地之间存在共模电压。共模干扰电流可由设备外部因素在电缆中产生，由此使设备受到干扰而出现故障或降级；共模干扰电流也可由设备自身的因素在电缆上产生，由此使设备传导发射或辐射发射超标。自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

GJB151A中，传导敏感度的试验项目中 CS114、 CS115及 CS116针对设备电缆在空间电磁干扰的抵抗能力，可采用在电缆端口滤波的方式解决。

干扰源

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共模电流共模电压的来源有三个：外界电磁场在电缆中的所有导线上感应出电压，其在所有导线上相对大地是等幅同相位的；如CS114、 CS115、 CS116辐射抗扰度、电缆束注入及信号电缆电快脉冲等试验；电缆两端的设备接地点电位不同，如地线环路问题；线路板上信号地与大地有电位差，本身就是共模电压。外界因素在电缆上产生的共模电流本身并不对电路产生影响；当电路不平衡时，共模转化为差模电压，才会对电路产生影响。自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

共模和差模电流共模

~

~

差模

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差模电流差模电流在信号线与信号地线之间(或电源线的火线与零线之间)流动，以电路的工作电流为主。外界因素也会导致差模电流，其机理有以下三个：外界电磁场在电缆中的导线形成的环路中感应出的噪声电压，环路面积一般比较小，因而感应电压较小；地线电压、电容或电感耦合的共模电压等转换为差模；为设备供电的电网上连接其他设备所产生的差模干扰导致了差模电流，典型情况是感性负载通断时产生的脉冲干扰。自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

共模/差模干扰的产生IDM

ICM

V

ICM

V

ICM

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开关电源噪声C

低通滤波器类型Γ T

1. 2.

50Hz的奇次谐波(3、5、7

)

L

反Γ

π

开关频率的基频和谐波(1MHz以下差模为主， 1MHz以上共模为主)自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine

& Control Technology

选型取决两个因素： (1)需要抑制的干扰频率与工作频率之间的差别； (2)滤波器所连接电路的阻抗。自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

干扰滤波器的种类衰减低通截止频率

根据阻抗选用滤波电路高通源阻抗高高低低电路结构 C、π、多级πΓ、多级Γ反Γ、多级反Γ L、多级L负载阻抗高低高低

衰减

3dB

衰减

带通

衰减

带阻

规律：电容对高阻，电感对低阻

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低通滤波器类型

常用电源滤波器类型首先，滤波器的外壳与设备的金属机壳要有可靠的接触。设备的金属机壳应该接大地。其次，滤波器引线与安装位置也是很有讲究的问题。

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常用电源滤波器类型

电路与插入损耗的关系定义：没有滤波器接入时、从噪声源传输到负载的噪声功率P1,与接入滤波器后、噪声源传输到负载的噪声功率P2之比，用dB(分贝)表示。

100 80插入损 60耗 dB 40 20 fc自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

5阶 4阶 3阶

2阶

1阶

20N/十倍频程 6N/倍频程

10fc

100fc

1000fc

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确定滤波器阶数105页欲衰减20dB

器件参数的确定RL C

4× 6=24> 20至少4阶滤波器

R

50 100

阶数决定过渡带的陡度

L、C的数值决定截止频率欲衰减20dB

L= R/ 2πFC1× 20= 20 1阶滤波器就可以了为了保险，可用2阶

C= 1/ 2πRFC

对于T形(多级T)和π形(多级π)电路，最外边的电感或电容取 L/2和 C/2,中间的不变。

10

100

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插入损耗的估算ILlg L/ (ω ) Rs 20 lg C (ωZs

实际电容器的特性引线长1.6mm的陶瓷电容器ZL

) Rp

C~

ZC

实际电容

电容量1μF 0.1μF

IL

=

20

IL

=

理想电容 Zs L

0.01μF 3300 pF 1100 pF 680 pF 330 pF

Fco= 1/(2π Rp C) Fco= Rs/(2π L

)Zs、ZL串联 Zs、ZL并联

~

ZL

1/2π√ LC

f

C

L选用电容的注意事项：109页

谐振频率(MHZ) 1.7 4 12.6 19.3 33 42.5 60

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陶瓷电容谐振频率1M 100k 10k

温度对陶瓷电容容量的影响0.15 COG 5 0 X7R

阻抗Ω

1k 100 10 1 0.1

100p 1nf f 10nf 100n 1μf f 10μf 100μf 10mf

%ΔC1m 10cm 1cm 1mm

0

%ΔC

-5 -10

-0.15 -55

125 20 0 Y5V

-15 -55

125

10Hz 100

1k

10k 100k 1M 10M 100M 1G

%ΔC

-30 -60 -30 30 90

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表面贴装电容的阻抗特性

电压对陶瓷电容容量的影响20 0%ΔC -20 -40 -60 -80 0 20 40 60 Y5V COG X7R

80

100

%额定电压(Vdc)自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

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实际电感器的特性ZL实际电感理想电感

克服电容非理想性的方法大容量小容量

绕在铁粉芯上的电感电感量 (μH)3.4

谐振频率(MHZ)衰减大电容并联电容小电容

1/2π√ LC L

f

8.8 68 125 500

C

45 28 5.7 2.6 1.2

电容并联

LC并联

电感并联

频率

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电感寄生电容的来源每圈之间的电容 CTT导线与磁芯之间的电容CTC60 40

三端电容器的原理

普通电容

三端电容

磁芯为导体时，CTC为主要因素，磁芯为非导体时，CTT为主要因素。自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

引线电感与电容一起构成了一个T形低通滤波器 在引线上安装两个磁珠滤波效果更好

地线电感起着不良作用

2030 70 1GHz

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三端电容的正确使用

穿心电容更胜一筹金属板隔离输入输出端

接地点要求： 1.干净地; 2.与机箱或其它较大的金属件射频搭接;自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

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一周接地电感很小

三端电容器的不足插入损耗寄生电容造成输入端、输出端耦合

穿心电容的插入损耗

普通电容

理想电容穿心电容

接地电感造成旁路效果下降1GHz

频率

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穿心电容、馈通滤波器

线路板上使用馈通滤波器上面

以穿心电容为基础的馈通滤波器广泛应用于RF滤波底面

线路板地线面自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

馈通滤波器使用注意事项 必须安装在金属板上，并在一周接地； 最好焊接，螺纹安装时要使用带齿垫片； 焊接时间不能过长； 上紧螺纹时扭矩不能过大。

减小电感寄生电容的方法如果磁芯是导体，首先：用介电常数低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离然后： 1.起始端与终止端远离(夹角大于40度); 2.尽量单层绕制，并增加匝间距离； 3.多层绕制时，采用“渐进”方式绕，不要来回绕； 4.分组绕制 (要求高时，用大电感和小电感串联起来使用)。

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磁芯对电感寄生电容的影响

电感磁芯的选用铁粉磁芯：不易饱和、导磁率低，作差模扼流圈的磁芯

铁氧体：最常用铁粉芯铁氧体(锰锌) C= 4.28pf C= 51pf C= 3.48pf C= 49pf 19% 4%

锰锌：μr= 500~ 10000,R= 0.1~100Ω镍锌：μr= 10~ 100,R= 1k~ 1MΩ

超微晶：μr> 10000,做大电感量共模扼流圈的磁心

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共模扼流圈Z= jωL+ R

干扰抑制用铁氧体

L Z R共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销，因此磁芯不会饱和。1MHz 10MHz 100MHz

R(f)

1000MHz

ω

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低通滤波器对脉冲信号的影响

信号滤波器的安装位置有屏蔽的场合：在屏蔽界面上无屏蔽的场合板上滤波器

滤波器紧靠被滤波导线的靠近器件或线路板一端。

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滤波器安装在线路板的问题机箱内干扰

线路板上滤波的改进方法被滤波器挡住被滤波器旁路掉机箱内干扰面板滤波器

电源线泄漏严重电源线无泄漏自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

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板上滤波器的注意事项

电源线滤波器的错误安装

输入线过长

PCB滤波器要并排安装为滤波设置干净地在接口处设置档板滤波器靠近接口输入、输出耦合滤波器

PCB滤波器

线路板的干净地与金属机箱或大金属板紧密搭接自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

电源线滤波器的基本电路差模电容共模扼流圈共模电容

电源线滤波器的错误安装

PCB滤波器绝缘漆接地线

共模滤波电容受到漏电流的限制自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

滤波器通过细长线接地，高频效果很差！自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

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电缆滤波的方法

滤波器的正确安装

屏蔽盒

连接器 PCB PCB滤波器

馈通滤波器电源

滤波电路

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面板安装滤波器注意事项

滤波器的正确安装

滤波器与面板之间必须使用电磁密封衬垫！机箱外屏蔽箱

机箱内

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自制面板滤波器锡焊，

保证完全隔离螺纹盲孔

使用π形滤波器的注意事项实际干扰电流路径

预期干扰电流路径滤波电路可以按照需要设计，但是至少有一级馈通滤波器。

滤波器接地阻抗

连接器按照需要选择，也可以是引线。

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面板上滤波的简易(临时)方法损耗

电源线滤波器的特性理想滤波器特性实际滤波器特性

越来越受到关注

30MHz

频率

一般产品说明书上给出的数据是50Ω条件下的测试结果。容量适当的瓷片电容或独石电容，引线尽量短自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

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高频滤波性能的重要性插入损耗

注意插入损耗的增益问题50Ω/ 50Ω条件下的插入损耗 100Ω/ 0.1Ω或0.1Ω/ 100Ω条件下的插入损耗

滤波器高频性能差

0 -10插入损耗增益会暴露出来

频率

无滤波

50Ω

~滤波器高频性能好自动化学院电气工程系稀土永磁电机及控制技术研究所 Institute of REPM Electrical Machine& Control Technology

滤波器

100Ω 50Ω

~

滤波器

0.1Ω

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改善滤波器高频特性的方法精心绕制或多个电感串联

器件距离对高频性能的影响

或

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/swfj.html