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直流电源EMI滤波器的设计

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2019-05-10 11:27:00 来源:万正电源集团有限公司

一、设计原则---满足最大阻抗失配:


插入损耗要尽可能增大,即尽可能增大信号反射。设电源输出阻抗和与之端接滤波器输人阻抗分别为ZO和ZI,根据信号传输理论,当ZO不等于ZI时,在滤波器输入端口会发生反射,反射系数p=(ZO-ZI)/( ZO+ ZI)。显然,ZO与ZI相差越大,p便越大,端口产生反射越大,EMI信号就越难通过。所以,滤波器输入端口应与电源输出端口处于失配状态,使EMI信号F“生反射。同理,滤波器输出端口应与负载处于失配状态,使EMI信号产生反射。即滤波器设什应遵循下列原则:源内阻是高阻,则滤波器输人阻抗就应该是低阻,反之亦然;负载是高阻,则滤波器输出阻抗就应该是低阻,反之亦然。


对于EMI信号,电感是高阻,电容是低阻,所以,电源EMI滤波器与源或负载端接应遵循下列原则:


①如果源内阻或负载是阻性或感性,与之端接滤波器接口就应该是容性;


②如果源内阻或负载是容性,与之端接滤波器接口就应该是感性;


二、EMI滤波器网络结构:


EMI信号包括共模干扰信号CM和差模干扰信号DM,CM和DM分布如图1所示。它可用来指导如何确定EMI滤波器网络结构和参数。


EMI滤波器基本网络结构如图2所示:


上述4种网络结构是电源EMI滤波器基本结构,但是在选用时,要注意以下问题:


1、双向滤波功能一电 网对电源、电源对电网都应该有滤波功能。


2、能有效地抑制差模干扰和共模干扰一工 程设计中重点考虑共模干扰抑制。


3、最大程度地满足阻抗失配原则。


几种实际使用电源EMI滤波器网络结构如图3所示。


三、电源EMI滤波器参数确定方法:


a)放电电阻取值在允许情况下,电阻取值要求越小越好,需要考滤以下情况:


第一,电阻要求采用二级降额使用,保证可靠性。降额系数为0.75V, 0.6W。根据欧姆定律可求出n>(0.75Ve)2106Pe)。


第二,经过雷击浪涌后有残圧,其瞬吋值一般在1000V取值;其瞬时功率值不能超过额定功率值4倍,也可求出R>(Vcy)2/(4Pe)。两者综合考虑取R值, 一般情况下,电阻R取值为75-200K之间。功率为2-3W。金属模电阻。


b) Cx电容取值:


在允许情况下,容量要求越大越好,其值很难确切地估算出来,-般情况下,要求取值在I-5uf之间(对每个电容)。 电容耐压值必须经过雷击浪涌后取值,有残压,其瞬时值一般在1000V/s时不损坏, 按二级降额原则选取,取值在275 V,频率特性与电容取值有关,取值越小,频率特性越好。


c) Cy电容取值:


在允许情况下,容量要求越大越好,其值很难确切地估算出来,但是不能太大,太大则漏电流较大,一般情况下,要求取值在2200-4700p之间(对每个电容)。电容耐压值必须经过雷击浪涌后取值,有残压,其瞬时值一般在1000V/S时不损坏,按二级降额原则选取,取值275 V,频率特性与电容取值有关,取值越小,频率特性越好。Cx电容和Cy电容 ,一般都是 通过较小电容并联来满足容量要求,这样滤波器高频特性好。


d)电感取值:


材料选取原则一从以下几个方面考虑: 第一, 磁芯材料频率范围要宽,要保证最高频率在1GHz,即在很宽频率范围内有比较稳定磁导率。第二,磁导率高,但是在实际中很难满足这一要求,所以,磁导率往往是分段考虑。磁芯材料-般是铁氧体。电感量估算一考 虑阻抗和频率。共模扼流圈取值1.5-5 mH,差模扼流圈取值为10-50uH。


四、直流电源EMi滤波器安装要求:


滤波器对电磁F扰抑制作用不仅取决于滤波器本身设计和它实际工作条件,而且在很大程度上还取决于滤波器安装情况。

滤波器引线与安装位置也是很重要问题。这是考虑到电源线除了沿电源线传导时会传输电磁干扰外,还会在传输过程中将电磁干扰辐射出去,对附近敏感电路(或设备造成辐射耦合。因此必须考虑滤波器输人线和输出线之间不存在耦合,否则会导致滤波器性能下降。为此,滤波器输人线最好不直接引人设备内部,而是经过滤波之后才进入设备内部,利用设备机壳自然屏蔽作用,把电源产生辐射场排除在设备外部。电源输人线不要过长。滤波器安装位置要紧靠电源人口。


滤波器输入线和输出线不要靠得太近。滤波器要良好接地,并且不能单根线按地,要与金属机壳大面积接触。


滤波器引脚或引线要尽可能短。


滤波器如果要和其它电路相连接,最好用接插件。


五、总结:


1、滤波器金属外壳与机箱壳必须保证良好接触,并将接地线接好;


2、滤波器输人线、输出线必须有一定距离 ,避免滤波器性能下降;


3、滤波器连线以选用双绞线为佳,可以消除部分高频干扰;


4、滤波器安装位置应首选在电源入口处,以缩短输入线在机箱内长度,减小辐射干扰;


5、滤波器选用主要考虑其插人损耗,生产厂商所给出曲线-般取自500系统测试结果,而实际应用系统一般不在50Q, 插人损耗会有一些偏差,实际应用中电源滤波器是带通滤波器,要注意高频特性影响;


6、滤波器选用第2点是要注意工作电压,工作电流和漏电流,以免影响使用;


7、滤波器低频特性性能与体积有关,如果希望低频性能好,一般以牺牲体积为代价。


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