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十月 16 2019

电源滤波器的工作原理及作用


目录

1.简介
2.特点
3.典型结构
4.工作原理
5.作用
6.安装注意事项

  随着电子设计、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及,电网噪声干扰日益严重并形成一种公害。特别是瞬态噪声干扰,其上升速度快持续时间短电压振幅度高随机性强,对微机和数字电路易产生严重干扰,常使人防不胜防。在这种情况下,电子产品的电磁兼容性日益受到重视,抑制电磁骚扰,提高电子产品的质量,使之符合有关电磁兼容标准或规范,已成为电子产品设计者越来越关注的问题。电源滤波器是针对电源端口电磁骚扰的特点而设计的。下面将介绍电源滤波器的基本知识:

电源滤波器

电源滤波器

  1.简介

  电源滤波器就是对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电器设备。电源滤波器的功能就是通过在电源线中接入电源滤波器,得到一个特定频率的电源信号,或消除一个特定频率后的电源信号。利用电源滤波器的这个特性,可以将通过电源滤波器后的一个方波群或复合噪波,变成一个特定频率的正弦波。

  2.特点

  (1)低泄漏电流,高插入损耗,可用来防止瞬间脉冲 干扰和连续或间断的其它干扰。

  (2)适用于开关电源不间断电源以及工业自动化控制。

  (3)产品性能可靠,广泛用于各种工业场合。

  (4)广泛用于印刷电路板上的电磁干扰控制。

  (5)体积小,安装方便。

  3.典型结构

  根据电源端口的电磁骚扰特点,电源EMI噪声滤波器是一种无源低通滤波器,它无衰减地将交流电传输到电源,而大大衰减随交流电传入的EMI噪声,同时又能有效地抑制电源设备产生的EMI噪声,阻止它们进入交流电网干扰其它电子设备。

  电源滤波器的典型结构如下图所示,这是一种无源网络结构,对交流和直流电源都适用,具有双向抑制性能。将它插入在交流电网中与电源之间,相当于这二者的EMI噪声之间加上一个阻断屏障,这样一个简单的无源滤波器起到了双向抑制噪声的作用,从而在各种电子设备中获得广泛的应用。

电源滤波器的典型结构

电源滤波器的典型结构

  图中Cx是差模电容器,一般称为X电容,电容量宜选为0.01-2.22μF,CY1和CY2是共模电容器,一般称为Y电容,电容量约为几纳法(nF)到几十纳法。C3和C4的电容量不宜选得过大,否则容易引起滤波器甚至机壳漏电的危险。L为共模扼流圈,它为同向绕在同一个铁氧体环上的一对线圈,电感量约为几毫亨(mH)。对于共模干扰电流,两个线圈产生的磁场是同方向的,共模扼流圈表现出较大的阻抗,从而起到衰减干扰信号的作用;而对于差模信号(在这里是低频电源电流),两个线圈产生的磁场抵消,所以不影响电路的电源传输功能。

  4.工作原理

  电源滤波器常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数S来表示,此值越大,则滤波器的滤波效果越差。

  脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量

  电源滤波器的原理就是一种阻抗适配网络:电源滤波器输入、输出侧与电源和负载侧的阻抗适配越大,对电磁干扰的衰减就越有效。

  具体工作原理如下:交流电经过二极管整流之后,方向单一了,但是大小(电流强度)还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流,还需要再做一番“填平取齐”的工作,这便是滤波。换句话说,滤波的任务,就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小,改造成接近恒稳的直流电。

工作原理图

工作原理图

  5.作用

  电源滤波器的目的是在抑制电磁噪声,噪声的影响可分为以下二种:

  发射(Emissions):是要将由设备产生,影响电源或其他设备的噪声降到法规(例如FCC part 15)允许值以下,例如由开关电源产生的噪声。

  抗扰(Immunity):是要将进入设备的噪声降低到不会使设备出现异常动作的程度,例如用在广播电台发射设备中的仪器。

  电源滤波器要抑制的噪声可分为以下的二种:

  共模:在二条(或多条)电源线都相同的噪声,可视为电源线对地的噪声。

  差模:电源线和电源线之间的噪声。

  同一个电源滤波器对于共模噪声及差模噪声的抑制能力会有所不同,一般会用频率对应抑制量(以分贝表示)的频谱来说明。

电源滤波器的共模和差模

电源滤波器的共模和差模

  6.安装注意事项

  (1)电源滤波器的不能存在电磁耦合路径

  ①电源输入线过长;

  ②电源滤波器的输入线和输出线靠的过近。

  此两种都是不正确的安装方式,问题的本质在于,滤波器的输入端电线和它的输出端电线之间存在有明显的电磁耦合路径。这样一来,存在于滤波器某一端的EMI信号会逃脱滤波器对它的抑制,不经过滤波器的衰减而直接耦合到滤波器的另一端去。因此滤波器输入与输出先需有效分开。

  另外,如上述两种把电源滤波器都是安装在设备屏蔽的内部,设备内部电路及元件上的EMI 信号会因辐射在滤波器的(电源)端引线上生成EMI 信号而直接耦合到设备外面去,使设备屏蔽丧失对内部元件和电路产生的EMI 辐射的抑制。当然,如果滤波器(电源)上存在有EMI 信号,也会因辐射而耦合到设备内部的元件和电路上,从而破坏滤波器和屏蔽对EMI 信号的抑制作用。所以起不到效果。

  (2)不能将线缆捆扎在一块

  一般来说,在电子设备或系统内安装电源滤波器时要注意的是,在捆扎设备电缆时,千万不能把滤波器(电源)端和(负载)端的电线捆扎在一起,因为这无疑加剧了滤波器输入输出端之间的电磁耦合,严重破坏了滤波器和设备屏蔽对EMI 信号的抑制能力。

  (3)要尽量避免使用长接地线

  电源滤波器输出端连接变频器或电机的接线长度不超过30厘米为宜。

  因为过长的接地线意味着大大增加接地电感和电阻,它会严重破坏滤波器的共模抑制能力。较好方法是,用金属螺钉与星形弹簧垫圈把滤波器的屏蔽牢牢地固定在设备电源入口处的机壳上。

  (4)电源滤波器输入线、输出线必须拉开距离

  电源滤波器输入线、输出线必须拉开距离,切忌并行,以免降低滤波器效能。

  (5)电源滤波器外壳与机箱壳必须良好接触

  变频器专用滤波器金属壳与机箱壳必须保证良好面接触,并将接地线接好。

  (6)电源滤波器的连接线宜选用双绞线

  电源滤波器的输入、输出连接线以选用屏蔽双绞线为佳,它可有效消除部分高频干扰信号。

EMI电源滤波器

EMI电源滤波器

  本文总结了电源滤波器的简介、特点、结构、工作原理、作用以及安装注意事项。当我们选用电源滤波器时,应主要考虑三个方面的指标:首先是电压、电流,其次是插入损耗,最后是结构尺寸。由于滤波器内部一般是经过灌封处理的,因此环境特性不是主要问题。但是所有的灌封材料和滤波电容器的温度特性对电源滤波器的环境特性有一定的影响。

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