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電源濾波器的特性、結構、常見錯誤

2018-12-25 3989

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”,一種無源雙向網絡,它的一端是電源,另一端是負載。電源濾波器的原理就是一種——阻抗適配網絡:電源濾波器輸入、輸出側與電源和負載側的阻抗適配越大,對電磁干擾的衰減就越有效。濾波器可以對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除,得到一個特定頻率的電源信號,或消除一個特定頻率后的電源信號。

基本簡介

電源濾波器就是對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電器設備。電源濾波器的功能就是通過在電源線中接入電源濾波器,得到一個特定頻率的電源信號,或消除一個特定頻率后的電源信號。

利用電源濾波器的這個特性,可以將通過電源濾波器后的一個方波群或復合噪波,變成一個特定頻率的正弦波。

大功率電源的濾波器如Satons、UBS、變頻器等將會產生大量諧波電流,這類濾波器需采用有源電力濾波器APF。APF可對2~50次諧波電流進行濾除。

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):是要將由設備產生,影響電源或其他設備的噪聲降到法規(guī)(例如FCC part 15)允許值以下,例如由開關電源產生的噪聲。

抗擾(Immunity):是要將進入設備的噪聲降低到不會使設備出現異常動作的程度,例如用在廣播電臺發(fā)射設備中的儀器。

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,可視為電源線對地的噪聲。

差模:電源線和電源線之間的噪聲。

同一個電源濾波器對于共模噪聲及差模噪聲的抑制能力會有所不同,一般會用頻率對應抑制量(以分貝表示)的頻譜來說明。 

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):是要將由設備產生,影響電源或其他設備的噪聲降到法規(guī)(例如FCC part 15)允許值以下,例如由開關電源產生的噪聲。
  • 抗擾(Immunity): 是要將進入設備的噪聲降低到不會使設備出現異常動作的程度,例如用在廣播電臺發(fā)射設備中的儀器。

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,可視為電源線對地的噪聲。
  • 差模:電源線和電源線之間的噪聲。

同一個電源濾波器對于共模噪聲及差模噪聲的抑制能力會有所不同,一般會用頻率對應抑制量(以分貝表示)的頻譜來說明。 

結構

電源濾波器一般都設計為只由電阻、電容及電感組成的被動濾波器,沒有像晶體管之類的主動元件。右圖是一個電源濾波器的例子,電源濾波器的上方接電源,電源端有一個共模電感,也就是電源的二條線依同一個方向繞在鐵心上,電源線上若有共模訊號,其在共模電感產生的磁場會相加,因此有較大的阻抗,而差模訊號在共模電感產生的磁場會互相抵消,因此可以流過共模電感。電源流過的電流主要是差模的,但上面也可能會噪聲以差模的形式出現,若要抑制差模噪聲,需要另外使用差模電感,或是各相有個別的電感器。

在電源濾波器上會使用特別的安規(guī)解耦電容,分為X電容及Y電容二類:

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(各組電源線對地之間的干擾)。

由于Y電容提高會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,即其失效后不會造成電擊,也不會影響人身安全。二者都有自我復原(self-healing)作用,會使局部短路的部份恢復原來的絕緣狀態(tài)。 [2] 

常見錯誤

在實驗測試過程中,我們常遇到這樣的情況:雖然設計工程師在設備電源線上接了電源濾波器,但是該設備還是不能通過"傳導騷擾電壓發(fā)射"測試,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。

分析設備超標的原因,不外乎以下兩個方面:

1)設備產生的騷擾太強;

2)設備的濾波不足。

對于第一種情況,我們可以通過在騷擾源處采取措施,降低騷擾的強度,或者增加電源濾波器的階數,提高濾波器對騷擾的抑制能力來解決。對于第二種情況,除了濾波器自身性能不好以外,濾波器的安裝方式對它的性能影響很大。這一點往往是被設計工程師忽視的。在很多測試中,我們通過更改濾波器的安裝方式就能使設備順利通過測試。

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