第三部分濾波技術(shù)

1、第五章 干擾濾波技術(shù),干擾濾波在EMC設(shè)計(jì)中作用 差模干擾和共模干擾 常用濾波電路 怎樣制作有效的濾波器 正確使用濾波器,濾波器的作用,,,,,,,,,,,,,,,,,信號(hào)濾波器,電源濾波器,切斷干擾沿信號(hào)線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構(gòu)成完善的干擾防護(hù)。,,共模和差模電流,,,,,,,,,,~,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,~,共模/差模干擾的產(chǎn)生,,,,,,,,,,,,,,

2、,,,,,,,,,V,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,V,,,,ICM,ICM,ICM,,IDM,開關(guān)電源噪聲,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,50Hz的奇次諧波（1、3、5、7 ） 開關(guān)頻率的基頻和諧波（1MHz以下差模為主，1MHz以上共模為主）,,干擾濾波器的種類,,,,,,,,,衰減,衰減,衰減,衰減,,,低通,帶通,高通,,帶阻,,3dB,,,截止頻率,低通濾波器類型,,,,,,,,,,,,,

3、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C,?,T,L,反?,?,電路與插入損耗的關(guān)系,,,,,,,,,,20,40,60,80,100,fc 10fc 100fc 1000fc,,,,,,,,5階 4階 3階 2階

4、 1階,,,,,20N/十倍頻程6N/倍頻程,插入損耗,dB,確定濾波器階數(shù),,,,,,50 100,,欲衰減20dB,,4 ? 6=24 ? 20至少4階濾波器,,,,,,,10 100,1 ? 20 = 201階濾波器就可以了為了保險(xiǎn)，可用2階,欲衰減20dB,,L、C的數(shù)值決定截止頻率,,,,,階數(shù)決定過渡帶的陡度,,,根據(jù)阻抗選用濾波電路,規(guī)律：電容對高阻，電感對低阻,,插

5、入損耗的估算,,,,,Fco = 1/(2? Rp C),,ZL,,,,,,,,,,~,,Zs、ZL并聯(lián),C,IL = 20 lg(?CRp),IL,IL = 20 lg(?L/Rs),Fco = Rs/(2? L）,,,Zs、ZL串聯(lián),,,,~,,Zs,L,Zs,ZL,器件參數(shù)的確定,,L,C,R,R,L = R / 2?FC C = 1 / 2?RFC對于T形（多級(jí)T）和 ? 形（多級(jí)?）電路，最

6、外邊的電感或電容取 L/2 和 C/2，中間的不變。,實(shí)際電容器的特性,ZC,,實(shí)際電容,理想電容,f,,,,引線長1.6mm的陶瓷電容器,,,,,,,,,,1/2?? LC,,C,L,溫度對陶瓷電容容量的影響,,0.15,-0.15,0,,-55,125,,5,-15,0,-55,125,,,-10,,-5,COG,X7R,,-60,20,-30,90,-30,0,Y5V,,,30,,%?C,%?C,%?C,電壓對陶瓷電容容量的影響,

7、,,,,,,,,,,,,COG,X7R,Y5V,20,0,-20,-40,-60,-80,0 20 40 60 80 100 %額定電壓（Vdc）,%?C,實(shí)際電感器的特性,,,ZL,,理想電感,實(shí)際電感,f,,,,,,,,,,,,繞在鐵粉芯上的電感,1/2?? LC,,,L,C,電感寄生電容的來源,,,,,,,,每圈之間的電容 C

8、TT導(dǎo)線與磁芯之間的電容CTC,磁芯為導(dǎo)體時(shí)，CTC為主要因素，磁芯為非導(dǎo)體時(shí)，CTT為主要因素。,克服電容非理想性的方法,衰減,,,電容并聯(lián) LC并聯(lián) 電感并聯(lián),,,,小電容,,大電容,,并聯(lián)電容,,,,,,,,,,,,,,頻率,大容量,小容量,三端電容器的原理,引線電感與電容一起構(gòu)成了一個(gè)T形低通濾波器在引線上安裝兩個(gè)磁珠濾波效果更好,地線電感起著不良作用,,三端電容的正確使用,,,,,,,,,,,,,,

9、,接地點(diǎn)要求：1 干凈地2 與機(jī)箱或其它較大 的金屬件射頻搭接,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,?,三端電容器的不足,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,寄生電容造成輸入端、輸出端耦合,接地電感造成旁路效果下降,穿心電容更勝一籌,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,金屬板隔離輸入輸出端,一周接地電感很小,,穿心電容的插入損耗,,,,插入損耗,頻率,1GH

10、z,,,普通電容,理想電容,穿心電容,,饋通濾波器使用注意事項(xiàng),必須安裝在金屬板上，并在一周接地 最好焊接，螺紋安裝時(shí)要使用帶齒墊片 焊接時(shí)間不能過長 上緊螺紋時(shí)扭矩不能過大,線路板上使用饋通濾波器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,線路板地線面,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,上面,底面,,,,,,,,磁芯對電感寄生電容的影響,鐵粉芯 C = 4.28pf

11、 C = 3.48pf 19% 鐵氧體（錳鋅） C = 49pf C = 51pf 4%,,,,,減小電感寄生電容的方法,然后：起始端與終止端遠(yuǎn)離（夾角大于40度）盡量單層繞制，并增加匝間距離多層繞制時(shí)， 采用“漸進(jìn)”方式繞，不要來回繞分組繞制 （要求高時(shí)，用大電感和小電感串聯(lián)起來使用）,如果磁芯是導(dǎo)體，首先：用介電常數(shù)低的材料增

12、加繞組導(dǎo)體與磁芯之間的距離,,共模扼流圈,共模扼流圈中的負(fù)載電流產(chǎn)生的磁場相互抵銷，因此磁芯不會(huì)飽和。,有意增加漏磁，利用差模電感,,,電感磁芯的選用,鐵粉磁芯：不易飽和、導(dǎo)磁率低，作差模扼流圈的磁芯,鐵氧體：最常用,,錳鋅：?r = 500 ~ 10000，R = 0.1~100?m,鎳鋅：?r = 10 ~ 100，R = 1k ~ 1M?m,超微晶：?r > 10000，做大電感量共模扼流圈的磁心,電感量與飽和電流的計(jì)算

13、,,,,,,,,S,,,,,,,D1,D2,飽和電流： Imax = Bmax S (D1-D2)/2L,電感量： L （nH）= 0.2 N2 ?r S(mm) ln (D1/D2),,,電感量,,,廠家手冊給出,,,廠家經(jīng)常給出每匝的電感量“AL”，則 L （nH）= AL ? N2,干擾抑制用鐵氧體,,,,Z = j?L + R,?,R,Z,L,,,,R(f),1MHz 10MHz

14、100MHz 1000MHz,,,鐵氧體磁環(huán)使用方面的一些問題,,,?,,,,,1 10 100 1000,125,4500,1250,600,,,,,300個(gè),30個(gè),0.1 1 10 100 1000,,,,,½匝,1½匝,?,?,,,,,?,無偏置,有偏置,低通濾波器對脈

15、沖信號(hào)的影響,,,,,,,,,,,,,,,,信號(hào)濾波器的安裝位置,,,板上濾波器,,,無屏蔽的場合,濾波器靠近被濾波導(dǎo)線的靠近器件或線路板一端。,,有屏蔽的場合：在屏蔽界面上,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,板上濾波器的注意事項(xiàng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,濾波器要并排安裝,,,,,,,,,,,,,,,,,,,線路板的干凈地與金屬機(jī)箱或大金屬板緊密搭接,為濾波設(shè)置干凈地,,在接口處設(shè)置檔板,,濾波器靠近

16、接口,面板上濾波的簡易（臨時(shí)）方法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,容量適當(dāng)?shù)拇善娙莼颡?dú)石電容，引線盡量短,電纜濾波的方法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,屏蔽盒,,饋通濾波器,,連接器,,,濾波連接器雖然是最佳選擇，但是當(dāng)空間允

17、許時(shí)，也可以這樣：,,自制面板濾波器,,,,,,,,,,,,,,,,,濾波電路可以按照需要設(shè)計(jì)，但是至少有一級(jí)饋通濾波器,,連接器按照需要選擇，也可以是引線,,,,,錫焊，保證完全隔離,,,,,,,,,,,,,,,,,螺紋盲孔,,,面板安裝濾波器注意事項(xiàng),,,,,,濾波器與面板之間必須使用電磁密封襯墊！,,,,,,,,,,,,,,,使用?形濾波器的注意事項(xiàng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,濾波器接地阻抗,,,預(yù)期干擾電流

18、路徑,,實(shí)際干擾電流路徑,,對接地沒有把握時(shí)，避免使用?形濾波器！,電源線濾波器的基本電路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,共模扼流圈,差模電容,共模電容,,,,,,,共模濾波電容受到漏電流的限制,電源線濾波器的特性,,,,損耗,頻率,,理想濾波器特性,實(shí)際濾波器特性,一般產(chǎn)品說明書上給出的數(shù)據(jù)是50?條件下的測試結(jié)果。,,30MHz,,越來越受到關(guān)注,,改善濾波器高頻特性的方法,,,,,,,,

19、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,或,,精心繞制或多個(gè)電感串聯(lián),,,,,,,,,,,,,,注意插入增益問題,,,,,,0,-10,50? / 50?,100? / 0.1? 或,0.1? / 100?,頻率,插入損耗,解決辦法：差模電感上并聯(lián)電阻（50 ~ 1k)，差模電容上串聯(lián)電阻（0.5 ~ 10）,選擇濾波器的保險(xiǎn)方法,,濾波器,,,~,,,,,,0.1?,100?,,濾波器,,,~,,,,,,0.1?,10

20、0?,,,0,,,衰減,50?條件下的插入損耗,0.1/100?條件下的插入損耗,插入損耗增益會(huì)暴露出來,,電源線濾波器的錯(cuò)誤安裝,,,,,,,PCB,濾波器,,,,,濾波器,,,,輸入線過長,輸入、輸出耦合,PCB,,,電源線濾波器的錯(cuò)誤安裝,,濾波器,,,,,絕緣漆,,PCB,濾波器通過細(xì)線接地，高頻效果很差！,,接地線,,濾波器的正確安裝,,濾波器,,,PCB,濾波器直接接地盡量短 輸入、輸出線隔離,,,,,,,,,,,濾波

21、器安裝在線路板上時(shí)，在電源線入口處增加一只高頻共模濾波器,,,,電源,,,PCB,,,,,,,濾波電路,,低通濾波器對脈沖干擾的抑制,,,,,,A,f,IL,f,,+,,,,,,fCO,,fCO,,,A,f,輸入脈沖頻譜,濾波器特性,輸出脈沖頻譜,,2VIPd,2VIPd,,相當(dāng)于脈沖的上升時(shí)間和脈寬變大，而幅度沒有減小。,抑制脈沖干擾的方法,,,,,,,,,,,,,,,,,2VIPd,,瞬態(tài)抑制器件與低通濾波器一起使用,,脈沖干擾頻譜