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電源濾波器的特性、結(jié)構(gòu)、常見(jiàn)錯(cuò)誤

2018-12-25 3987

電源濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路,又名“電源EMI濾波器”,或是“EMI電源濾波器”,一種無(wú)源雙向網(wǎng)絡(luò),它的一端是電源,另一端是負(fù)載。電源濾波器的原理就是一種——阻抗適配網(wǎng)絡(luò):電源濾波器輸入、輸出側(cè)與電源和負(fù)載側(cè)的阻抗適配越大,對(duì)電磁干擾的衰減就越有效。濾波器可以對(duì)電源線中特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除,得到一個(gè)特定頻率的電源信號(hào),或消除一個(gè)特定頻率后的電源信號(hào)。

基本簡(jiǎn)介

電源濾波器就是對(duì)電源線中特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電器設(shè)備。電源濾波器的功能就是通過(guò)在電源線中接入電源濾波器,得到一個(gè)特定頻率的電源信號(hào),或消除一個(gè)特定頻率后的電源信號(hào)。

利用電源濾波器的這個(gè)特性,可以將通過(guò)電源濾波器后的一個(gè)方波群或復(fù)合噪波,變成一個(gè)特定頻率的正弦波。

大功率電源的濾波器如Satons、UBS、變頻器等將會(huì)產(chǎn)生大量諧波電流,這類(lèi)濾波器需采用有源電力濾波器APF。APF可對(duì)2~50次諧波電流進(jìn)行濾除。

目的

電源濾波器的目的是在抑制電磁噪聲,噪聲的影響可分為以下二種:

發(fā)射(Emissions):是要將由設(shè)備產(chǎn)生,影響電源或其他設(shè)備的噪聲降到法規(guī)(例如FCC part 15)允許值以下,例如由開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲。

抗擾(Immunity):是要將進(jìn)入設(shè)備的噪聲降低到不會(huì)使設(shè)備出現(xiàn)異常動(dòng)作的程度,例如用在廣播電臺(tái)發(fā)射設(shè)備中的儀器。

電源濾波器要抑制的噪聲可分為以下的二種:

共模:在二條(或多條)電源線都相同的噪聲,可視為電源線對(duì)地的噪聲。

差模:電源線和電源線之間的噪聲。

同一個(gè)電源濾波器對(duì)于共模噪聲及差模噪聲的抑制能力會(huì)有所不同,一般會(huì)用頻率對(duì)應(yīng)抑制量(以分貝表示)的頻譜來(lái)說(shuō)明。 

特性

電源濾波器的目的是在抑制電磁噪聲,噪聲的影響可分為以下二種:

  • 發(fā)射(Emissions):是要將由設(shè)備產(chǎn)生,影響電源或其他設(shè)備的噪聲降到法規(guī)(例如FCC part 15)允許值以下,例如由開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲。
  • 抗擾(Immunity): 是要將進(jìn)入設(shè)備的噪聲降低到不會(huì)使設(shè)備出現(xiàn)異常動(dòng)作的程度,例如用在廣播電臺(tái)發(fā)射設(shè)備中的儀器。

電源濾波器要抑制的噪聲可分為以下的二種:

  • 共模:在二條(或多條)電源線都相同的噪聲,可視為電源線對(duì)地的噪聲。
  • 差模:電源線和電源線之間的噪聲。

同一個(gè)電源濾波器對(duì)于共模噪聲及差模噪聲的抑制能力會(huì)有所不同,一般會(huì)用頻率對(duì)應(yīng)抑制量(以分貝表示)的頻譜來(lái)說(shuō)明。 

結(jié)構(gòu)

電源濾波器一般都設(shè)計(jì)為只由電阻、電容及電感組成的被動(dòng)濾波器,沒(méi)有像晶體管之類(lèi)的主動(dòng)元件。右圖是一個(gè)電源濾波器的例子,電源濾波器的上方接電源,電源端有一個(gè)共模電感,也就是電源的二條線依同一個(gè)方向繞在鐵心上,電源線上若有共模訊號(hào),其在共模電感產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)相加,因此有較大的阻抗,而差模訊號(hào)在共模電感產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)互相抵消,因此可以流過(guò)共模電感。電源流過(guò)的電流主要是差模的,但上面也可能會(huì)噪聲以差模的形式出現(xiàn),若要抑制差模噪聲,需要另外使用差模電感,或是各相有個(gè)別的電感器。

在電源濾波器上會(huì)使用特別的安規(guī)解耦電容,分為X電容及Y電容二類(lèi):

X電容:抑制差模干擾(電源線之間的干擾)。

Y電容:抑制共模干擾(各組電源線對(duì)地之間的干擾)。

由于Y電容提高會(huì)使電器的漏電流增加,而電器的漏電流有其規(guī)定范圍,因此Y電容不能太大,一般都會(huì)比X電容要小。

X電容和Y電容屬于安規(guī)電容,即其失效后不會(huì)造成電擊,也不會(huì)影響人身安全。二者都有自我復(fù)原(self-healing)作用,會(huì)使局部短路的部份恢復(fù)原來(lái)的絕緣狀態(tài)。 [2] 

常見(jiàn)錯(cuò)誤

在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中,我們常遇到這樣的情況:雖然設(shè)計(jì)工程師在設(shè)備電源線上接了電源濾波器,但是該設(shè)備還是不能通過(guò)"傳導(dǎo)騷擾電壓發(fā)射"測(cè)試,工程師懷疑濾波器的濾波效果不好,不斷更換濾波器,仍不能得到理想的效果。

分析設(shè)備超標(biāo)的原因,不外乎以下兩個(gè)方面:

1)設(shè)備產(chǎn)生的騷擾太強(qiáng);

2)設(shè)備的濾波不足。

對(duì)于第一種情況,我們可以通過(guò)在騷擾源處采取措施,降低騷擾的強(qiáng)度,或者增加電源濾波器的階數(shù),提高濾波器對(duì)騷擾的抑制能力來(lái)解決。對(duì)于第二種情況,除了濾波器自身性能不好以外,濾波器的安裝方式對(duì)它的性能影響很大。這一點(diǎn)往往是被設(shè)計(jì)工程師忽視的。在很多測(cè)試中,我們通過(guò)更改濾波器的安裝方式就能使設(shè)備順利通過(guò)測(cè)試。

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