(4)固体放电管
固体放电管是一种较新的瞬变干扰吸收器件,具有响应速度较快(10~20ns级)、吸收电流较大、动作电压稳定和使用寿命长等特点。
固体放电管与气体放电管同属能量转移型。图2.2为其伏安特性。当外界干扰低于触发电压时,管子呈截止状。一旦干扰超出触发电压时,伏安特性发生转折,进入负阻区,此时电流极大,而导通电阻极小,使干扰能量得以转移。随着干扰减小,通过放电管电流的回落,当放电管的通过电流低于维持电流时,放电管就迅速走出低阻区,而回到高阻态,完成一次放电过程。
固体放电管的一个优点是它的短路失效模式(器件失效时,两电极间呈短路状),为不少应用场合所必须,已在国内外得到广泛应用。
固体放电管的电压档次较少,比较适合于作网络、通信设备,乃至部件一级的保护。
2.3 电源线滤波器
电源线滤波器安装在电源线与电子设备之间,用于抑制电能传输中寄生的电磁干扰,对提高设备的可靠性有重要作用。
(1)电源线滤波器的结构
常用的电源线滤波器是由无源集中参数(电感、电容和电阻)构成的单级线路,如图2.3所示。
图中电容CX位于相线与中线之间,用于衰减差模干扰,故俗称抗差模电容,其电压额定值与所用电源有关,对220V交流电源来说,常用250VAC的CBB电容。CX的典型值为几十至几百nF之间。匝数相同的L1和L2同绕在一个磁芯上,按图示同名端标注,当交流电流通过时,回路中的磁通相互抵消,不会引起磁芯饱和。但对共模电流则呈现大的感抗值,可取得大的滤波效果。鉴于图中电感的特殊作用,被称为共模电感。共模电感的电感量与通过电流的大小有关(电流小,线径细,故匝数可多些。反之亦反),典型值在几百nH至几mH之间。位于相线及中线的对地电容Cy,用来衰减共模干扰,故称为抗共模电容。考虑到电气设备要做电源输入端对外壳的工频耐压及工频泄漏电流试验,Cy的容量不宜太大,一般取1nF至4.7nF;而耐压选3~6kVDC。电阻R用来消除可能出现在滤波器上的静电积累,在滤波器制作时不是必须的。
(2)滤波器的测试
描述滤波器性能的主要参数是插入损耗。制造商按照CISPR17规定的方法进行测试。目前多用源阻抗为50Ω,负载阻抗也为50Ω的测试系统进行测试,所以滤波器手册上给的特性参数实际上是在特定条件下测得的。
(3)滤波器的安装
滤波器对电磁干扰的抑制作用不仅取决于它的设计和实际工作条件,而且还取决于滤波器的安装情况。
首先,滤波器外壳与设备的金属机壳要有可靠接触,接触电阻增大会使滤波效果变差。图2.4可说明这一点。其次,设备的金属外壳要接大地,这不仅出于人身安全的考虑,防止滤波器泄漏电流对人体造成危害,同时也是出于电磁兼容性的考虑,提高设备的抗干扰能力。[!--empirenews.page--]
此外,滤波器的引线安装位置也很重要,必须让滤波器的输入和输出线路之间不存在耦合,否则会导致滤波器滤波性能下降。最好的办法是,电源线不直接进入设备机箱,而是经过滤波之后才进入(如使用带电源插座的滤波器),利用机壳的自然屏蔽,把电源线干扰排除在设备之外。
(4)滤波器的实际滤波效果
经常有人抱怨,说装置使用滤波器后,效果并不理想。究其原因,除了安装和使用上的不规范外,更重要的可能是滤波器与负载阻抗之间的严重失配(负载阻抗与干扰源阻抗都不是50Ω),导致滤波性能大大下降,使用者决不要掉以轻心。
(5)提高滤波器性能的一些措施
①使用带地线电感的滤波器。滤波器虽能抑制相线与中线上的干扰,但对地线上的干扰无能为力,因为地线上的干扰照样可以进入设备。为减少这种干扰,可在图2.5中的E和E′间加一个滤波电感LE。这个电感可为共模干扰提供额外衰减。此时,设备机壳要接大地。
②采用多级滤波器。单级滤波器结构简单、价格低廉,但与电网及负载阻抗严重失配,对滤波性能有很大影响。如能采用多级(如三级)滤波器,则在各种情况下都能取得很好的滤波效果,特别是低频段的特性。当然这是以价格与尺寸为代价的。
③在有电压浪涌下使用的滤波器。普通滤波器对于浪涌的抑制能力很差,特别是对于干扰的前沿与脉宽都较大的情况效果就更差。这可以用浪涌波的谐波频率较低;滤波器与浪涌源的阻抗失配;浪涌波作用下的电感磁芯严重饱和等原因来解释。为此,有些滤波器制造商把对浪涌有很好吸收作用的压敏电阻、气体放电管等也设计到滤波器中,一旦浪涌电压超出吸收器件的门槛时,吸收器件便发挥作用。在明白这一道理后,设计人员也可将滤波器与吸收器件组合使用。
④新型软磁材料在抑制低频共模噪声中的使用。目前滤波器的低频特性很差,一方面是受到体积、重量与性价比的限制,不能在普通设备中使用高档滤波器;另一方面是铁氧体磁芯的动态磁导率不够高,在低频时不能产生足够大的感抗。80年代时,将非晶态磁芯用到滤波器中使滤波器在低频段的插入损耗有很大提高。非晶态的优点是:
●有高的饱和磁感应值Bs,可使磁芯在强脉冲电流下仍不饱和,而继续保持高的电感量和插入损耗。
●高的磁导率(特别是在低于1MHz的频段内)使要求同样插入损耗的滤波器体积和重量大大减小。
●热稳定性好(居里点高)。
为此有人建议将这类磁芯与铁氧体磁芯组成两级滤波器,各在不同频段内发挥作用,使新滤波器的体积、重量和性价比都得到改进。另外由于在强脉冲电流下不易饱和的特点,还特别适合于制作抑制脉冲性质的传导干扰的滤波器。