【導讀】EMI濾波器在電源線(xiàn)中的使用越來(lái)越廣,標準的EMI濾波器通常由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波電路,其作用是允許設備正常工作時(shí)的頻率信號進(jìn)入設備,而對高頻的干擾信號有較大的阻礙作用,能抑制高頻干擾、抑制設備干擾。
EMI濾波器在電源線(xiàn)中的使用越來(lái)越廣,標準的EMI濾波器通常由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波電路,其作用是允許設備正常工作時(shí)的頻率信號進(jìn)入設備,而對高頻的干擾信號有較大的阻礙作用,能抑制高頻干擾、抑制設備干擾。因此EMI濾波器是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。
EMI濾波器選擇步驟/方法
1、濾波電容的選擇
與一般的濾波器不同,EMI濾波器典型結構中電容使用了兩種下標,接于相線(xiàn)和中線(xiàn)之間,稱(chēng)為差模電容,接于相線(xiàn)或中線(xiàn)與地之間,稱(chēng)為共模電容,下標X和Y不僅表明了它在濾波電路中的作用,還表明了它在濾波電路中的安全等級。在設計或選用濾波器時(shí)都必須充分考慮這兩類(lèi)電容的安全性能,因為它直接關(guān)系到濾波網(wǎng)絡(luò )的安全性能。
2、差模電容器的選擇
差模電容器的選擇指的是應用于這樣的場(chǎng)合:當電容失效后,不會(huì )導致電擊穿現象,不會(huì )危及人生安全。除了要承受電源相線(xiàn)與中線(xiàn)的電壓之外,還要承受相線(xiàn)與中線(xiàn)之間各種干擾源的峰值電壓。根據差模電容應用的最壞情況和電源斷開(kāi)的條件,電容器的安全等級又分為兩個(gè)等級。所以設計濾波器時(shí)應根據不同的應用場(chǎng)合來(lái)選擇不同安全等級的電容器。
若差模電容器的安全性能(即耐壓性能)欠佳,在一定峰值電壓出現時(shí),它有可能被擊穿,它的擊穿雖然不危及人生安全,但會(huì )使得濾波器的功能下降或喪失。通常EMI濾波器的差模電容必須經(jīng)過(guò)1500-1700V直流電壓1分鐘耐壓測試。
3、EMI濾波器共模濾波性能的考慮
用于電子設備電源的EMI濾波器共模濾波性能常常受到共模電容的制約。電容即跨接在相線(xiàn)或中線(xiàn)與安全地之間的電容。接地的電流主要就是指流過(guò)共模電容的電流,由于流過(guò)電容的電流由電源電壓,電源頻率和電容值共同決定。由于漏電流的大小對于人生安全至關(guān)重要,不同國家對不同電子設備接地漏電流都做了嚴格的規定。若對最大漏電流做出了規定,則需求出最大允許接地電容值。另外,要求電容在電氣和機械安全方面有足夠的余量,避免在極端惡劣的條件下出現擊穿短路的現象。因為這種電容要跟安全地相連,而設備的機殼也要跟安全地相連,所以這種電容的耐壓性能對保護人生安全有至關(guān)重要的作用,一旦設備或裝置的絕緣失效,可能危及到人的生命安全。因此電容要進(jìn)行1500-1700V交流耐壓測試1分鐘。
4、電感的取值、材料的選取考慮以下兩個(gè)方面
第一,磁芯材料的頻率范圍要寬,要保證最高頻率在1GHz,即在很寬的頻率范圍內有比較穩定的磁導率;
第二,磁導率高,但是在實(shí)際中很難滿(mǎn)足這一要求,所以,磁導率往往是分段考慮的。磁芯材料一般是鐵氧體或者鐵粉芯,更好的材料如微晶等。
5、性能指標要過(guò)關(guān)
EMI濾波器最重要的技術(shù)指標是對干擾的抑制能力,常常用所謂的插入損耗(Insertion Loss)來(lái)表示,它的定義是:沒(méi)有接入濾波器時(shí)從干擾源傳輸到負載的功率P1和接入濾波器后從干擾源傳輸到負載的功率P2之比,用分貝(dB)表示。
EMI濾波器的插入損耗與濾波網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )參量以及源端和負載端的阻抗有關(guān)。為避免濾除有用信號, 插損指標須謹慎提出。不論是軍用還是民用EMC標準, 對設備或分系統的電源線(xiàn)傳導干擾電平都有明確的規定, 預估或測試獲得的EMI傳導干擾電平和標準傳導干擾電平之間的差值即所需的EMI濾波器的最小插損。然而, 對不同的單臺設備都進(jìn)行EMC 測試, 而后分析其傳導干擾特性, 設計合乎要求的濾波器, 這在實(shí)際工程中顯然是不可能的。事實(shí)上, 國家標準中規定了電源濾波器插入損耗的測試方法。在標準測試條件下,一般軍用電源濾波器應滿(mǎn)足10kHz~ 30MHz 范圍內插入損耗30~ 60dB。工程設計人員只需要根據實(shí)際情況選擇合適的濾波器。
6、注意事項
1、為了EMI濾波器的安全可靠的工作(散熱和濾波效果) , 除EMI濾波器一定要安裝在設備的機架或機殼上外, EMI濾波器的接地點(diǎn)應和設備機殼的接地點(diǎn)取得一致, 并盡量縮短EMI濾波器的接地線(xiàn)。若接地點(diǎn)不在一處, 那么EMI濾波器的泄漏電流和噪聲電流在流經(jīng)兩接地點(diǎn)的途徑時(shí), 會(huì )將噪聲引入設備內的其他部分。其次, EMI濾波器的接地線(xiàn)會(huì )引入感抗, 它能導致EMI濾波器高頻衰減特性的變壞。所以, 金屬外殼的EMI濾波器要直接和設備機殼連接。如外殼噴過(guò)漆, 則必須刮去漆皮;若金屬外殼的EMI濾波器不能直接接地或使用塑封外殼EMI濾波器時(shí), 它與設備機殼的接地線(xiàn)應可能短。
2、EMI濾波器要安裝在設備電源線(xiàn)輸入端, 連線(xiàn)要盡量短; 設備內部電源要安裝在EMI濾波器的輸出端。若EMI濾波器在設備內的輸入線(xiàn)長(cháng)了, 在高頻端輸入線(xiàn)就會(huì )將引入的傳導干擾耦合給其他部分。若設備內部電源安裝在EMI濾波器的輸入端, 由于連線(xiàn)過(guò)長(cháng), 也會(huì )導致同樣的結果。
3、確保EMI濾波器輸入線(xiàn)和輸出線(xiàn)分離。若EMI濾波器輸入、輸入線(xiàn)捆扎在一起或相互安裝過(guò)近, 那么由于它們之間的耦合, 可能使EMI濾波器的高頻衰減降低。若輸入、輸出線(xiàn)必須接近, 那么都必須采用雙絞線(xiàn)或屏蔽線(xiàn)。