电磁干扰抑制的滤波技术.ppt

第4章抑制电磁干扰的滤波技术 4 1滤波器的特性与分类 4 2低通滤波器 4 4高通滤波器 4 5有源滤波器 4 3电容 电感的高频特性 4 7反射式和吸收式混合使用 4 8电源滤波器 4 6吸收型滤波器 4 9滤波器的选用与安装 滤波器作用 抑制传导干扰 工作原理在一定的通频带内 滤波器的衰减很小 能量容易地通过 在此通频带之外则衰减很大 抑制了能量的传输 满足电源线干扰发射和抗扰度要求 满足抗扰度及设备辐射发射要求 1 插入损耗 IL 4 1滤波器的特性与分类 衡量滤波器性能的主要指标 定义 1 特性 U1 未接入滤波器 信号源在负载上建立的电压 U2 接入滤波器 信号源在负载上建立的电压 IL与信号源频率 源阻抗 负载阻抗等因素有关 插入损耗 频率特性 阻抗特性 额定电流 外形尺寸 工作环境 可靠性等 2 频率特性 插入损耗随频率的变化 频率特性 通带 信号无衰减通过滤波器的频率范围 阻带 受到很大衰减的频率范围 按频率划分 低通 高通 带通 带阻四种类型 频率特性参数 中心频率 截止频率 最低使用频率 最高使用频率等 2 分类 3 阻抗特性 滤波器的输入阻抗 输出阻抗 4 额定电压 输入滤波器的最高允许电压值 5 额定电流 不降低滤波器插入损耗效能的最大使用电流 按频率 3 EMI滤波器的特点 工作在阻抗失配的条件下 干扰源的频率阻抗特性变化范围很宽 可能出现饱和效应 干扰源的电平变化幅度大 高频特性非常复杂 干扰源的频带范围很宽 应具有较高的可靠性 干扰源工作频率范围宽 具有较大的脉冲电流 电压 4 2低通滤波器 电磁干扰滤波器主要是低通滤波器 用在干扰信号频率比上作信号频率高的场合 数字脉冲电路是一种主要的电磁干扰源 脉冲信号有丰富的高次谐波 是很强的干扰源 高频电磁波更容易被接收 对设备造成电磁干扰的电磁场的频率较高 在电路中产生的噪声电压 电流也是高频的 当导线上有传导电流时 电流的频率越高 越容易产生辐射 导线或电缆之间由于存在杂散电容和互感 会产生相互的串扰 频率越高 串扰越严重 1 常见形式 并联电容型 串联电感型 型 反 型 T型 型等 无源滤波器的端口网络特性 其中 端口网络 2 插入损耗 输入阻抗 无滤波器网络时 故插入损耗 无源滤波器的插入损耗 C型 L型 型 反 型 IL同 型 插入损耗 型 L型 T型 C型 型 3 低通滤波器的设计 3dB截止点 0 1110100 1 低通原型滤波器 其中 截止角频率 对应于3dB截止点的角频率 原型滤波器 L型原型滤波器 型 带宽换算 换算后 换算前 2 由原型滤波器设计实际滤波器 带宽换算 C型 换算前 L型 换算后 令 阻抗换算 令 L型 C型 宽带与阻抗综合换算 L型 C型 例 设计阻抗为50 截止频率fc 1MHz的低通滤波器 L型 C型 4 多级滤波器 过渡带与滤波器阶数 L C器件数 的关系 对于n阶滤波器 过渡带的斜率按20ndB 10倍频或6ndB 倍频增加 增加滤波器的阶数仅增加了过渡带的斜率 而不改变滤波器的截止频率 例 二阶原型滤波器 三阶原型滤波器 型 T型 例 设天线的工作频率为2 30MHz 输入阻抗为72 干扰频率为66 72MHz 要求带外衰减 30dB 设计低通滤波器 解 最低截止频率 30MHz 取32MHz 最低干扰频率fi 66MHz 则 要求 6ndB 倍频 30dB 则n 5 取n 5 换算 5级原型滤波器的参数为 4 3电容 电感的高频特性 谐振点 1 电容的频率特性 引线长1 6mm的陶瓷电容器 阻抗频率特性 巧用谐振点 通过调整电容量和引线长度 使谐振点恰好落在干扰频率上 附近 提高滤波效果 对滤波特性的影响 提高谐振频率的方法 尽量缩短引线长度 当角频率时 会发生串联谐振 这时电容的阻抗最小 滤波效果最好 超过谐振点后 电容器的阻抗呈现电感阻抗特性 随频率的升高而增加 滤波效果开始变差 选用电感较小的种类 一个常见的错误 加大电容量来提高干扰抑制效果 克服电容非理想性的方法 带宽干扰信号 以上 大小电容并联 大电容谐振点低 小电容谐振点高 大电容抑制低频干扰 小电容抑制高频干扰 问题 大小电容的谐振频率点间 大电容呈电感性 小电容呈电容性 构成LC并联网络 在某个频率点上出现并联谐振 不同值电容的谐振 三端电容 三端电容 构成一个T形滤波器 问题 引线间电容耦合 另一引线的电感 300MHz以下 穿心电容 馈通电容 结构 穿心电容特点 接地电感小 输入输出无耦合 以穿心电容为基础的馈通滤波器广泛应用于RF滤波 穿心电容的插入损耗 谐振点 2 电感的频率特性 绕在铁粉芯上的电感 阻抗频率特性 电感寄生电容的来源 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 关键减小寄生电容 克服电感线圈非理想性的方法 4 4高通滤波器 1 网络结构 将低通滤波器网络中所有电容器与电感器互换 低通 高通 3 将高通原型滤波器电路中各L C和R值按低通滤波器相同的方式进行参数变换 2 将低通原型滤波器电路中各L值和C值取其倒数作为高通原型滤波器对应的C值和L值 例 设计一个高通滤波器 指标要求 解 即12 3ndB 倍频 70dB 则n 6 低通原型 高通原型元件值 换算出高通的最终元件值 高通滤波电路 带通滤波器 带阻滤波器 4 5有源滤波器 方法 采用电路技术模拟电感和电容特性 特点 功率大 体积小 重量轻 三种类型 有源电感滤波器 用有源器件模拟电感元件的频率特性 形成干扰的高阻抗电路 有源电容滤波器 用有源器件模拟电容元件的频率特性 形成干扰信号形成低阻抗电路 对消滤波器 产生干扰电流振幅相等 相位相反的反馈电流 抵制干扰 用于抑制电源线路干扰的对消滤波器 4 6吸收型滤波器 吸收型滤波器 由有耗元件构成 将信号中不需要的频率分量的能量消耗在滤波器中 1 铁氧体的阻抗特性 低频 呈现电感性阻抗 磁导率高 损耗小 高频 阻抗呈现电阻性 随频率增加 磁导率下降 电感减小 但损耗增加 高频信号通过铁氧体时 电磁能量以热的形式耗散 电流对铁氧体的影响 当穿过铁氧体中的导线中流过电流时 令在铁氧体磁心中产生磁场 当磁场强度超过一定量值时 磁感发生饱和 磁导率急剧下降 电感量减小 低频时 影响较大 高频时影响不大 铁氧体的阻抗特性 2 电缆滤波器 特点 体积小 具有理想的高频衰减特性 将铁氧体材料填充在电缆中制成电缆滤波器 3 滤波连接器将铁氧体直接组装到电缆连接器内 4 铁氧体磁环 4 7反射式和吸收式混合使用 将反射式滤波器与吸收式滤波器串接起来 既有陡峭的频率特性 又有很高的阻带衰减 可以更好地抑制高频干扰 4 8电源滤波器 作用 限制进入设备的传导干扰电平 又限制设备向电网发射传导干扰 电源线中的干扰 共模干扰和差模干扰 共模干扰滤波 差模干扰滤波 改善滤波器的高频特性 4 9滤波器的选用与安装 1 选用 干扰频率 干扰量级 环境条件 滤波器的选择 额定电流 设备额定电流的1 2倍 额定电压 略大于设备额定电压 插入损耗 厂家所给出的值 一般是在50 50 标准测量法下测得的 应在设备实际需要的插入损耗上再加上20dB的余量 阻抗匹配 注意插入损耗的增益问题 在选用信号线滤波器时 应仔细考虑其截止频率 截止频率的选择必须保证滤波器的带通覆盖功能性信号的带宽 保证设备正常工作 同时最大限度地滤除不必要的高频干扰 对于模拟信号 只要截止频率大于信号的带宽即可 对于数字脉冲信号 其截止频率可定为1 tr tr是脉冲的上升 下降时间 对于周期性脉冲信号 可以取脉冲重复频率的15倍为截止频率 滤波器的选择 滤波器的滤波性能与设备的阻抗特性密切相关 滤波器的滤波性能可能随设备运行状态的变化而改变 滤波器是否满足要求只能由实际的测试来确定 不存在通