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电源噪声滤波器的基本原理与应用方法


电源噪声滤波器的基本原理与应用方法 [6] 滤波器的安全性能参数

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·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 应一端的电流,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,设计到人身安全,国际上各国对插都有严格的标准规定。对 于是 20V/50Hz 交流电网供电,一般要求噪声滤波器的漏电流小于 1mA。 ·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良好的,它取决于电容器 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。 它取决于 CX 的耐压。 漏电流和试验电压对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 安全性能的具体体现,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 V 点,当滤波器接入后,在滤波器的输 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) 因为电源噪声滤波器能衰减共 模噪声和差模噪声, 所以它即有共模 插入损耗,和差模插入损耗。 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不是 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值。 (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 结构和参考, 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, EMI 信号将在 则 其输入和输出端产生反射。 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,且应使地线尽可能短,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 也会过大,负载上电压为: Vo=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。 第[1] [2] [3], [1],[2] [3], 电源噪声滤波器的基本原理与应用方法 [1] [2],[3] 由(2)式可知,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成绩办法,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开,同 时滤波器的接地线要尽量短,这样既把滤波器输入端与 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量短, 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 (如使用的 电压、负载电流、环 境的温湿度、 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 关系到设备和人身 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, 滤波器应正确 地安装在电子设备 上。


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