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EMI滤波器的技术与设计

2010-12-301910


        4.2 组合式EMI滤波器
        组合式抗EMI滤波器又称为反射式滤波器或复合LC型滤波器,根据在交流状态下电容的通高频阻低频、电感的通低频阻高频的特性,将电感和电容组合连接成电路,使其具有一定的滤波功能。而根据滤波程度的要求不同,选用的LC组合及对电感和电容值的要求也不同。
由于组合式滤波器容易在高频率时受到电感、电容的参数影响,有可能会导致谐振现象,使滤波器的滤波性能大幅下降。因此组合式EMI滤波器一般只适用于抑制频率相对较低的干扰。不过因为其滤波效果可以就由调整电感电容值参数来改变,只要调整得宜,组合式EMI滤波能够产生更佳的滤波效果,且频段变化也将更灵活。一般来说,在特定的应用中,吸收式EMI滤波器与与组合式EMI滤波器也能够串联搭配使用。

5 EMI滤波器的设计方式 

       EMI噪讯包含共模(CM)噪讯和差模(DM)噪讯两种。共模噪讯存在于所有交流相线和共模接地之间,其产生来源被认为是二电气回路之间绝缘泄漏电流以及电磁场耦合等;差模噪讯存在于交流相线之间,产生来源是电流脉冲,交换组件的响铃电流以及二极管的反向恢复特性。这二种模式的传导噪讯来源不同,传导途径也不同,因而共模滤波器和差模滤波器应当分别设计。

图说:CM及DM噪讯电流的耦合路径示意图。

在一般常见的交换式电源中,由于主要的EMI干扰源来多自于功率半导体组件的切换动作,因此产生的电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪讯,其频率范围从交换工作频率到几MHz。所以,传导型电磁环境(EME)的测量频率范围在0.15MHz~30MHz,藉以符合国际标准的规范。设计EMI滤波器,就是要对交换频率及其高次谐波的噪讯给予足够的衰减。基于上述标准,通常情况下只要考虑将频率高于 150kHz的EME衰减至合理范围内即可。

        一般应用于数字处理领域的低通滤波器同样适用于电子电力装置中,换言之,EMI滤波器的使用主要是为了满足几个需求,这些需求包括了规定要求的阻带频率以及阻带衰减、降低对电源线路的的频率衰减、低成本以及符合一般低通滤波器的模型。EMI滤波器通常置于交换式电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波器。 

        EMI滤波器的主要技术参数有:额定电压、额定电流、漏电流、测试电压、绝缘电阻、直流电阻、使用温度范围、工作温升Tr、插入损耗Adb、外形尺寸、重量等。上述参数中最重要的是插入损耗(亦称插入衰减),它是评价一款电磁干扰滤波器性能优劣的主要指针。

        EMI 滤波器之设计,首先必须获得滤波器所需提供的噪声衰减量,此可利用各种噪声分离器分别量测出待测物在未加任何滤波器组件下之共模和差模原始噪声。接着利用上述所得结果,计算出所需的滤波器组件值,然后将整个设计好的滤波器加在待测物电源输入的最前端,并量测检查此时的噪声是否符合规范。以下就滤波器设计之步骤作介绍: 

       1) 量测原始共模和差模噪讯:噪声由电源传输阻抗稳定网络(LISN)取出以后,经过噪声分离器(Noise separator)可得到想要的噪声值,便可以频谱分析仪(Spectrum analyzer)来进行量测。

   2) 计算衰减量:当取得共模或差模噪讯量之后,便要计算相关的噪讯衰减量,考虑到共模噪讯与差模噪讯,被衰减至规范标准时,有可能发生相位相同或相位相差而使得火线和中性线之总电压噪声大小超过规范的情况。为了避免这种情形发生,在计算衰减量时可先将标准设定于比规范限制小6dB之处,亦即使噪声抑制之要求更为严格,以避免滤波后噪声大小仍旧会超过规范限制。
3) 计算滤波器组件值:滤波器组件之电感、电容值愈大,则其对噪声之衰减能力愈强,且可达到之转折频率愈低,对低频噪声之抑制效果愈佳,但相对地必须付出成本、体积增加的代价。由材料特性可知,当电感、电容之值愈大时,组件阻抗特性的自共振频率愈低,可持续衰减噪声之频率范围相对变窄,因此其值不可无限制增大。考虑电容值对体积的变化率较电感值来得小,而且市售之电容器都有固定之容值,较缺乏弹性,所以在决定共模和差模滤波器的组件值时,应该要优先考虑电容,在安规限制许可下,尽量选用较大的容值。

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