【導讀】要想深入了解EMI濾波技術(shù)就要首先知道電源線上的干擾，本文涵蓋電磁兼容標準的內(nèi)容，分析電磁干擾的類型、電源線濾波器的基本原理，總結(jié)了電源線用EMI濾波的關(guān)鍵技術(shù)。

 

　　如果用示波器觀察一下電力電網(wǎng)，會發(fā)現(xiàn)50Hz的電壓上疊加著各種各樣的干擾電壓，既有mV級的連續(xù)干擾，也有數(shù)百V甚至上千V的瞬態(tài)干擾。這些干擾對電網(wǎng)中的設(shè)備會產(chǎn)生不同程度的影響。這些干擾是從哪里來的呢？

 

　　我們可以將這些干擾分為自然干擾源和人為干擾源。典型的自然干擾源是雷電，空中發(fā)生雷電時，會伴隨著強大的電磁場，電磁場會在空中的導體上感應(yīng)出很高的電 壓，這就是干擾。雷電產(chǎn)生的干擾是如此之大，不僅能導致設(shè)備誤動作甚至造成電路損壞。人為干擾源可以分為以下兩種：

 

　　●功能性能量發(fā)射設(shè)備：這類設(shè)備靠發(fā)射能量工作，如無線電設(shè)備、雷達等，他們輻射到空間的能量會感應(yīng)到電力線上，形成干擾。另外，這些設(shè)備也會通過電源線直接將能量泄漏到電網(wǎng)上。

 

　　●非功能性發(fā)射設(shè)備：這類設(shè)備不依靠發(fā)射能量實現(xiàn)特定功能。但它們工作時，會向外發(fā)射額外的電磁能量。與工業(yè)、醫(yī)學上使用的高頻儀器、信息處理設(shè)備、含馬 達的家用電器、使用可控硅的家用電器、開關(guān)電源等。這些設(shè)備在工作時會向空間和電網(wǎng)上發(fā)射電磁能量。

 

　　以往，當設(shè)備在干擾的作用下發(fā)生誤動作時，人們往往會將注意力集中到提高設(shè)備抗干擾性上，想方設(shè)法使設(shè)備能夠在干擾環(huán)境中正常工作。但這不是一個徹底的解 決辦法。就象人們意識到汽車尾氣造成的污染會導致疾病，為了能夠生存，雖然可以上街時戴上口罩，但這不是根本的解決辦法。徹底的方法應(yīng)該是控制尾氣排放， 形成一個良好的生存環(huán)境。

 

　　同樣，對于日趨嚴重的電磁污染，根本的解決方法是限制設(shè)備的電磁泄漏。另一方面，對于設(shè)備在電磁干擾環(huán)境中正常工作的能力也需要一個定量的規(guī)定，這就導致 了電磁兼容標準的產(chǎn)生。國家現(xiàn)在已將電磁兼容標準作為強制性標準實施，不滿足這些標準的產(chǎn)品不能銷售。

 

　　電磁兼容標準（GB9254,GB4343,GJB151A等）的內(nèi)容：

 

　　1. 干擾發(fā)射：輻射發(fā)射；傳導發(fā)射

 

　　2. 敏 感 度：輻射敏感度；傳導敏感度；靜電放電敏感度

 

　　電磁兼容標準對設(shè)備提出兩個方面的要求，首先不能向空間環(huán)境發(fā)射過強的電磁能量，其次要對環(huán)境中的電磁干擾有一定的耐受能力。

 

　　2.電源線濾波器的作用

 

　　很多人認為電源線濾波器的作用是使設(shè)備能夠電磁兼容標準中對傳導發(fā)射傳導敏感度的要求，但這是不全面的；后面將看到電源線濾波器對抑制設(shè)備產(chǎn)生較強的輻射 干擾方面也很重要。嚴格的說，電源線濾波器的作用是防止設(shè)備本身產(chǎn)生的電磁干擾進入電源線，同時防止電源線上的干擾進入設(shè)備。電源線濾波器是一種低通濾波 器，它允許直流或50Hz的工作電流通過，而不允許頻率較高的電磁干擾電流通過。。電源線濾波器是雙向的，它既能防止電網(wǎng)上的干擾進入設(shè)備，對設(shè)備產(chǎn)生不 良影響，使設(shè)備滿足傳導敏感度的要求；又能防止設(shè)備內(nèi)的電磁干擾通過電通過電源線傳到電網(wǎng)上，使設(shè)備滿足傳導發(fā)射的要求。

 

　　能夠產(chǎn)生較強干擾的設(shè)備和對外界干擾敏感的的設(shè)備都要使用電源線濾波器。能夠產(chǎn)生強干擾的的設(shè)備有：含有脈沖電路（微處理器）的設(shè)備、使用開關(guān)電源設(shè)備、 使用可控硅設(shè)備、變頻調(diào)速設(shè)備、含有馬達的設(shè)備等。敏感電路如：使用微處理器的設(shè)備、小信號模擬電路等。

 

　　3.電源線上干擾的類型

 

　　電源線上的干擾電流按照其流動路徑分為兩類，一類是差模干擾電流，另一類是共模干擾電流。差模干擾電流是在火線和零線之間流動的干擾電流，共模干擾是在火 線、零線與大地（或其它參考物體）之間流動的干擾電流，由于這兩種干擾的抑制方式不同，因此正確辨認干擾的類型是實施正確濾波方法的前提。區(qū)分干擾電流是 差模還是共?？梢詮娜齻€方面進行判斷：
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　　a. 從干擾源判斷：

 

　　雷電、設(shè)備附近發(fā)生的電弧、設(shè)備附近的電臺和其它大功率輻射裝置在電源線上產(chǎn)生的干擾是共模干擾；另外，如果發(fā)現(xiàn)電源線上的干擾是來自機箱內(nèi)的線路板或其 它電纜，則為共模干擾；這是因為通過空間感應(yīng)在火線和零線上的干擾電流是同相位的。在同一電力線上工作的馬達、開關(guān)電源、可控硅等會在電源線上產(chǎn)生差模干 擾。

 

　　b. 從頻率上判斷

 

　　差模干擾的頻率主要集中在1MHz以下，而共模干擾的頻率一般分布在1MHz以上。這是由于共模干擾是通過空間感應(yīng)到電源線上的，這種感應(yīng)只有在干擾信號頻率很高時才容易發(fā)生。

 

　　c. 用儀器測量

 

　　如果有一臺頻譜分析儀和一只電流卡鉗就可以進行測量。電流卡鉗實際上是一個繞在磁芯上的線圈，當被測電纜穿過卡鉗時，就形成了一個變壓器；被測導體相當于 變壓器初級，卡鉗中的線圈相當于變壓器次級，電纜上的信號會耦合到卡鉗中的線圈上，用頻譜分析儀可以檢測出來。

 

　　判斷步驟如下：

 

　　● 步驟一：將卡鉗卡在火線或零線上，記錄下某個感興趣頻率的干擾信號的強度l（f1）

 

　　●步驟二:將卡鉗同時卡住火線或零線，若觀察不到l（f1），則l（f1）完全是差模干擾，其中不含共模成份；，若還能觀察到l（f1），則l（f1）中包含共模干擾成份，要判斷是否僅含共模成份，需進行步驟三的判別。

 

　　●步驟三：將卡鉗分別卡住火線或零線，若兩根線上測得的l（f1）的幅度相同，則l（f1）僅含共模成份；若不相同，則l（f1）中還包含差模成份。

 

　　4. 電源線濾波器的基本原理

 

　　電源線濾波器是由電感和電容組成的低通濾波電路所構(gòu)成，它允許直流或50Hz電流通過，對頻率較高的干擾信號則有較大的衰減。由于干擾信號有差模和共模兩種，因此電源濾波器要對這兩種干擾都具有衰減作用。

 

　　地線一般是金屬機箱，當設(shè)備機箱不是金屬材料時，濾波器的地線一般與安全地相連；但由于安全地的阻抗很大，濾波器對共模干擾的衰減效果將大大降低。

 

　　5. 電源線濾波器的主要指標

 

　　當我們選用電源線濾波器時，應(yīng)主要考慮三個方面的指標；首先是電壓/電流，其次是插入損耗，最后是結(jié)構(gòu)尺寸。由于濾波器內(nèi)部一般是經(jīng)過灌封處理的，因此環(huán) 境特性不是主要問題。但是所有的灌封材料和濾波電容器的溫度特性對電源濾波器的環(huán)境特性有一定的影響。

 

　　a）電壓、電流對使用效果的影響

 

　　電源有交流直流之分，與此相對應(yīng)，許多廠家的電源線濾波器也分為交流和直流兩種。從原理上講，交流電源線濾波器既可用在交流電源上，也可在直流電源上使 用；但直流電源線濾波器不能用在交流的場合，這主要因為直流濾波器中的電容器的耐壓較低，并且有可能其交流損耗較大，導致過熱。即使直流濾波器耐壓沒有問 題，由于直流濾波器中使用了容量較大的共模濾波電容器，如果在交流的場合會產(chǎn)生漏電流超標的問題。因此，直流電源線濾波器絕對不能用在交流的場合。交流濾 波器用在直流場合，從安全的角度看沒有問題，但要付出成本和體積的代價；在樣機階段，如果手頭正好有交流濾波器，可以代替直流濾波器。

 

　　當電源線濾波器的工作電流超過額定電流時，不僅會造成濾波器過熱，而且會導致濾波器的低頻濾波性能降低。這是因為濾波器中的電感在較大電流的情況下，磁芯 會發(fā)生飽和現(xiàn)象，使實際電感量減小。因此，確定濾波器的額定工作電流時，要以設(shè)備的最大工作電流為準，確保濾波器在最大電流狀態(tài)下具有良好的性能，否則當 干擾在最大工作電流狀態(tài)下出現(xiàn)時，設(shè)備會受到干擾或傳導發(fā)射超標。

 

　　在確定濾波器的額定電流時，要留有一定的余量；特別是人們習慣上對交流電稱“有效值”，而不是交流電的“峰值”，留有一定余量是非常有必要的。一般濾波器的額定電流值應(yīng)取實際電流值的1.5倍。

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　　b) 插入損耗對使用效果的影響：

 

　　從抑制干擾的角度考慮，插入損耗是最重要的指標。插入損耗分為差模插入損耗和共模插入損耗。

 

　　6.影響電源線濾波器外形尺寸的因素

 

　　由于許多設(shè)備在設(shè)計之出并沒有考慮干擾濾波的問題，因此安裝濾波器的空間往往是一個很棘手的問題、。即使在設(shè)計時考慮到了電磁兼容的問題，人們往往會認為 電源線濾波器是一個可有可無的選裝件，不愿意提供較大的空間。由此造成人們在選用濾波器時，經(jīng)常將濾波器的體積作為一項重要的指標來考慮，總是希望濾波器 的體積越小越好。

 

　　為什么兩個濾波器的額定電流都是10A，而它們的體積會相差很多？你會毫不猶豫的選擇體積較小的一種？濾波器的體積主要由濾波電路中的電感所決定，電感線圈的體積越大，濾波器的體積越大。以下因素影響電感的體積：

 

　　a)額定電流：當濾波器的額定工作電流較大時，電感線圈會使用較粗的導線繞制，這自然會增加體積；另外，為防止磁芯發(fā)生磁飽和現(xiàn)象，往往要使用體積較大的磁芯，這會增加體積；

 

　　b)低頻特性：當需要濾波的干擾信號頻率較低時，共模扼流圈和差模扼流圈的電感量都需要很大，導致電感元件的體積增加。例如開關(guān)電源的頻率越低，則需要濾波器中的電感量越大；

 

　　表-1 給出了濾波器中共模電感與電磁兼容標準和開關(guān)電源頻率的關(guān)系。

 

　　通過以上的分析，你是否還在刻意的追求濾波器的體積??？體積小的濾波器已使用了體積小的電感元件，它的電感為什么能??？是犧牲了電流容量，還是犧牲了低頻特性？付出這些代價后，是否還能滿足最核心的要求——抑制電磁干擾？

 

　　另外，當濾波器的體積較小時，內(nèi)部器件一定靠得很近，這會降低濾波器的高頻濾波性能，導致設(shè)備的輻射發(fā)射超標。這在實際使用中要特別注意

 

　　表-1

 

　　電磁兼容標準

 

　　共模電感的電感量（mH）

 

　　7.選用電源線濾波器是怎樣確定所需要的插入損耗

 

　　首先在設(shè)備的電源入口處不安裝濾波器，對設(shè)備進行傳導發(fā)射和傳導敏感度的測量，并與要滿足的標準進行比較，看兩者之間相差多少分貝，濾波器的作用是彌補上 這個差距。以抑制設(shè)備的傳導發(fā)射為例，給出了確定濾波器插入損耗的過程。首先將設(shè)備的傳導發(fā)射值最大包絡(luò)線（a）與標準給出的限制值線（b）相比較，計算 其差值得到需要的插入損耗值（c）。由于電源線濾波器是低通濾波器將插入損耗線（c）變換為低通濾波器插入損耗的形式（d），（d）就是濾波器需要的插入 損耗值。

 

　　注意: （d）并不是低頻濾波器的特性，而是一個帶阻濾波器的特性，這是考慮到實際濾波器的非理想性（見下一節(jié)）。

 

　　但如果從廠家的產(chǎn)品樣本上選擇插入損耗值滿足（d）的濾波器，十有八九會失敗。因為廠家產(chǎn)品樣本上的數(shù)據(jù)是在濾波器兩端阻抗為50Ω的條件下測得的，而實 際使用條件并不是這樣。因此在實際使用條件下，濾波器的插入損耗會有所降低。為了保險起見，在從產(chǎn)品樣本中選擇濾波器時，應(yīng)加20dB的余量，這就得到了 （e）。從樣本上選擇濾波器，其插入損耗應(yīng)滿足（e）的要求。

 

　　8.實際電源線濾波器與理想濾波器的差距

 

　　理想的電源線濾波器是低通濾波器，但實際的電源線濾波器通常是帶阻濾波器。造成這種差別的原因是電容器和電感器的非理想性。[page]

 

　　電容器的引線是有電感的，而電感線圈上又存在著寄生電容，盡管這些電感、電容很小，但當頻率較高時，它們的影響是不能忽略的。因此由實際電感、電容器構(gòu)成的低通濾波器電路在頻率較高時，就變成了一個帶阻濾波器電路。

 

　　此外，高頻時器件之間的耦合也是造成濾波器在高頻區(qū)間插入損耗減小的一個原因。從圖可以看到，器件之間的距離對濾波器的高頻性能有很大的影響。這種影響在1MHz時就已經(jīng)很明顯了。

 

　　因此，即使濾波器的電路結(jié)構(gòu)完全相同，由于器件的特性不同、器件的安裝方式的不同、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，它們的高頻性能會差很多。濾波器的電路結(jié)構(gòu)僅決定了濾 波器的低頻特性。要想提高濾波器的高頻性能，生產(chǎn)時需要從許多方面注意制作工藝，如選用電感小的電容器、制作寄生電容小的電感、焊接時電容器的引線盡量 短、在內(nèi)部采取適當?shù)母綦x等。

 

　　9. 電源線濾波器高頻插入損耗的重要性

 

　　許多人認為，既然傳導發(fā)射極限值的頻率上限30MHz，那么就沒有必要對濾波器的高頻衰減提出要求。這是一個誤解，也正是存在這種錯誤的概念讓許多人在使設(shè)備滿足電磁兼容標準的過程中走了很長彎路，浪費了大量的時間和經(jīng)費。

 

　　由于設(shè)備上的電纜是高效的輻射天線，當電纜上有高頻傳導電流時，會產(chǎn)生強烈的輻射，使設(shè)備不能滿足輻射發(fā)射極限值的要求。因此，當電源線上有高頻干擾電流 時，同樣也會產(chǎn)生輻射，使設(shè)備的輻射發(fā)射超標。對于一個沒有電磁兼容經(jīng)驗的人來說，這個問題是很難發(fā)現(xiàn)的；因為當他所開發(fā)的設(shè)備輻射發(fā)射超標時，它會從機 箱、信號電纜等環(huán)節(jié)檢查（這是許多教科書和培訓班中所介紹的），而根本想不到會是電源線的問題。

 

　　特別是設(shè)備的電源線傳導發(fā)射已經(jīng)滿足了標準要求時，它絕想不到應(yīng)再次檢查電源線是否有問題，所以，電源線濾波器的高頻特性是十分重要的。

 

　　特別提示：當設(shè)備的輻射發(fā)射不合格時，別忘記檢查電源線的共模傳導發(fā)射，很多場合輻射發(fā)射的超標時由于電源線上的共模電流造成的。

 

　　10.將電源線濾波電路直接安裝在線路板上的利與弊

 

　　電源線濾波器的電路是如此簡單，一個誘人的想法是直接將濾波電路安裝在線路板上的電源線入口處，這樣既能夠節(jié)省空間，又能夠降低成本；另外，由于濾波器的 實際衰減特性與它所連接的網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，因此在實際使用中不可避免地要對濾波器的參數(shù)要進行調(diào)整；將濾波器安裝在線路板上，能夠很方便的按照電路情況進行調(diào) 整。

 

　　將濾波電路直接安裝在線路板上從電路的角度看是完全可行的，但是從電磁干擾濾波的實際情況看，有些問題。首先，如果希望濾波器具有良好的高頻特性（其重要 性前面已經(jīng)論述），Y電容的引線必須短，且應(yīng)直接連接到金屬殼上；當濾波電路器件安裝在線路板上時，這一點是很難做到的，除非在設(shè)計線路板和安裝結(jié)構(gòu)時考 慮這個問題。其次，機箱內(nèi)線路板、電纜產(chǎn)生的輻射會直接感應(yīng)到濾波器電路上的各個部位，導致濾波器電路失效。這個問題在高頻時尤為突出。從理論上講，只要 能夠妥善解決以上的兩個問題，將濾波電路直接安裝在線路板上是完全可以的。

 

　　11.一個靈活的方案

 

　　如上所述，將濾波電路直接安裝在線路板上有許多好處；特別是設(shè)備功率較大或干擾頻率較低時（電源線濾波器的體積往往較大）、將濾波電路直接安裝在線路板上的方案更值得考慮。但是要解決上面所提到的高頻濾波問題，又是一個難點。

 

　　為了使設(shè)計人員方便的解決這個問題，本公司提供的方案是關(guān)鍵的器件安裝在機箱面板上的內(nèi)含電容濾波網(wǎng)絡(luò)的插座。這個插座內(nèi)部安裝了共模扼流圈和濾波電容 器，電容器的安裝嚴格遵循引線最短、前后隔離的原則。之所以僅使用共模濾波網(wǎng)絡(luò)，是因為差模干擾已被線路板上的濾波器濾除，感應(yīng)到電源端口上的都是共模電 流。

 

　　按照用戶的特殊要求，濾波電容可以采用穿心電容；當使用穿心電容時可以將濾波的有效頻率范圍提高到1GHz以上。

 

　　12. 電源線濾波器的正確安裝方法

 

　　電源線濾波器從外觀上看是一個兩端口網(wǎng)絡(luò)，許多人認為只要按照接線圖將濾波器串在設(shè)備和電源之間就可以了。這是一個十分錯誤的概念。下面通過講幾種連接方法的錯誤所在，使你了解和掌握應(yīng)該怎樣正確的安裝電源線濾波器。

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　　a）電源輸入線過長

 

　　這是一個很常見的錯誤；人們在安裝濾波器時，通常并不注意安裝位置，而是在機箱內(nèi)隨便找一個方便的位置，將濾波器固定好，然后將導線連接上，這樣就容易犯 圖示錯誤；這里的錯誤是濾波器的電源輸入端導線過長，其后果是電網(wǎng)上的干擾進入設(shè)備后，還沒有經(jīng)過濾波器，就通過空間耦合到線路板上，對電路造成干擾。而 設(shè)備內(nèi)的干擾會直接感應(yīng)到電源線上，傳出設(shè)備。一定要記住，我們所涉及的電磁干擾都是頻率較高的，它們極易輻射和通過空間耦合。

 

　　發(fā)生這種錯誤的另一種情況是，大部分設(shè)備的電源輸入口安裝在設(shè)備后面板，而電源開關(guān)、指示燈等元件安裝在設(shè)備的前面板；這樣電源線進入設(shè)備前面板后，先連 接到前面板，然后再連接到濾波器上；這時，盡管濾波器據(jù)電源線入口很近，但是仍會出現(xiàn)同樣的錯誤。

 

　　特別提示：不僅濾波器安裝的位置要靠近電源線的入口，而且濾波器的電源輸入線要短

 

　　b）濾波器輸入線、輸出線靠的過近：

 

　　濾波器的輸入線和輸出線捆扎在一起。這樣，高頻干擾信號實際會通過輸入線和輸出線發(fā)生耦合，而將濾波器旁路掉。

 

　　c）濾波器接地不良：

 

　　首先，我們必須明確濾波器的外殼必須“接地”，即必須接金屬或屏蔽機箱，這從濾波器的電路中可以看出，只有當共模電容接地時，才能夠?qū)⒕€路上的共模干擾旁 路掉；同時為了對高頻起到有效的旁路作用，要求電容的引線越短越好。當濾波器沒有接地時，電路中的共模濾波電容實際起不到作用的。

 

　　正是為了接地，濾波器的外殼上通常有一個專用的地線接線端子。雖然這個接線端子的目的是為了方便的安裝接地導線，但其卻造成了一種濾波器使用中常見的錯 誤；人們通常認為只要將這個接地端子接地就可以了，因此在實際設(shè)備中，常常見到人們用一根長導線將濾波器連接到設(shè)備機殼上，這時，這根地線基本形同虛設(shè)， 因為在高頻時，長導線的阻抗是很大的，根本起不到對干擾有效的旁路作用。下表給出了不同直徑、不同長度的導線在不同頻率下的阻抗。

 

　　正確的安裝方式是將濾波器的外殼大面積貼在金屬殼的導電表面上。濾波器的理想安裝方式：濾波器直接貼在電源入口處，并在接觸面上使用電磁屏蔽襯墊，利用外殼實現(xiàn)隔離。

 

　　另外下面的安裝情況也都是不正確的：濾波器與設(shè)備金屬殼之間有絕緣漆、濾波器根本沒有接地、或者通過緊固螺釘連接。

 

　　導線的阻抗（Ω）（導線長度＝１０厘米）

 

　　頻率（Hz）

 

　　直徑＝６．５ｍｍ

 

　　直徑＝２．７ｍｍ

 

　　直徑＝０．６５ｍｍ

 

　　特別提示：導線的直流電阻和交流阻抗是完全不同的，濾波器絕不能靠單根導線接地，而要與設(shè)備金屬外殼之間有大面積的導電接觸。

 

　　13.要注意信號電纜對電源線傳導發(fā)射的影響

 

　　由于電源線和信號電纜線通常安裝在一塊面板上，因此電源線和信號電纜線之間的耦合是不可避免的。這時，盡管電源線經(jīng)過精心處理，完全沒有問題，但是在測量 時會出現(xiàn)傳導發(fā)射超標的現(xiàn)象。這種干擾實際是從信號電纜上耦合過來的。這時如果不對信號電纜進行處理，傳導發(fā)射是無法達標的。實際上，當信號電纜上有較強 的傳導干擾時，還會導致設(shè)備的輻射發(fā)射超標。因此，遇到這種情況，一定要對信號電纜采取措施，如采取屏蔽或在接口處使用濾波器或濾波連接器。

 

　　判斷這種情況，只要將電源線周圍的電纜拔掉，再次測量設(shè)備的傳導發(fā)射，觀察是否仍然超標；如果不超標了，說明是信號電纜的影響。

 

　　14. 信號線濾波器的作用

 

　　信號線濾波器的主要作用是解決空間電磁干擾問題，例如設(shè)備向空間輻射較強的電磁干擾，或者設(shè)備對空間的電磁干擾敏感等問題。前面看到的信號線電纜和電源線 電纜之間的耦合導致傳導發(fā)射在高頻超標的現(xiàn)象，就是由于信號線上的高頻干擾通過空間耦合到了電源線上造成的。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為信號電纜本身就是一條效率 很高的輻射和接收天線，它造成的危害如下：

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　　1）造成很強的超標輻射：機箱內(nèi)的電磁能量在電纜上感應(yīng)出共模電壓和電流，共模電流在電纜上流動，產(chǎn)生了共模輻射。這種輻射往往是設(shè)備超標輻射的主要原因。

 

　　2）設(shè)備周圍環(huán)境空間的電磁能量被電纜接收到后，形成共模電流，沿著導線傳進機箱，一方面對與電纜直接連接的電路產(chǎn)生干擾，另一方面借助導線再次輻射，對機箱內(nèi)的其它電路（沒有直接與電纜連接的電路）造成干擾。

 

　　3）造成屏蔽體或隔離層被破壞，產(chǎn)生這種作用的原因也是電纜對電磁波的接收和再次輻射，導致電磁能量通過電纜泄漏，從現(xiàn)象上看就是屏蔽體的屏蔽效能降低。

 

　　理論和實踐均表明：設(shè)備上的電纜是電磁兼容上最薄弱的環(huán)節(jié)。信號線濾波器的作用就是解決上述三個方面的問題。下面的結(jié)論是十分重要的:

 

　　任何穿過屏蔽體或隔離體的導線或電纜都會破壞原有的屏蔽效果或隔離效果，對這些導線，必須采取濾波措施。

 

　　信號線濾波以共模濾波為主。這是因為電纜上感應(yīng)的電流一般都是共模形式的，而對信號電纜上傳輸?shù)牟钅Ｐ盘?，希望不產(chǎn)生任何影響。

 

　　15.怎樣在線路板上安裝信號線濾波器

 

　　當設(shè)備出現(xiàn)了電磁干擾問題時，許多有經(jīng)驗的工程師會在電纜的端口上安裝濾波電路（例如濾波電容、ＲＣ濾波電路、ＬＣ濾波電路等），但經(jīng)常達不到預(yù)期的效 果。這是因為我們忽視了兩個原因，一個是電纜上需要濾波的電磁干擾往往都是頻率很高的電磁信號（無論是接收到的空間干擾，還是設(shè)備內(nèi)傳導到電纜上的干 擾），而我們所作的大部分濾波電路對高頻干擾的濾波效果都是很差的（由于電容的引線電感、空間的寄生參數(shù)等）。另一個原因是，濾波器的安裝方式有問題（濾 波器接地不良，濾波器的輸入輸出端有耦合、空間耦合將濾波器旁路掉等），進一步降低了濾波器的高頻濾波性能。要獲得預(yù)期的效果，需要注意以下幾點：

 

　　１）高頻特性較好的濾波器件

 

　　三端電容是一種特殊結(jié)構(gòu)的電容器，它與普通電容器的區(qū)別在于，它有三根引線，其中一個電極上有兩根引線。這樣一個微小的改變，卻使電容器的濾波效果發(fā) 生了很大的改善。普通電容的引線電感對于電容的高頻濾波的作用是有害的，而三端電容卻巧妙地利用了引線電感，構(gòu)成了一個Ｔ型低通濾波器。三端電容的高頻濾 波效果比普通電容改善了很多。如果在三端電容的兩根連在一起的引線上分別安裝一個鐵氧體磁珠，則會大大增加Ｔ型濾波器的濾波效果。這就是我們常說的片狀濾 波器。

 

　?。玻V波器良好的接地

 

　　無論采用什么器件，這一點都是十分重要的。即使對于三端電容器，如果接地引線過長，引線的電感也是十分有害的，會使濾波性能大打折扣。對于濾除差模干 擾的濾波器，只要在布線時保證等效成電容的引線的走線盡量短就可以了，對于濾除共模干擾的濾波器，還要保證線路板與機箱之間的接地良好。一般可以通過簧片 或?qū)щ姴家r墊接地。另外，用于Ｉ／Ｏ接口濾波接地目的的地線要單獨安排，并且僅與線路板的其它地線在一點連接（這稱為“干凈”地）。當使用π型濾波電路 時，這一點更重要。

 

　?。常V波器并排安裝，否則，已經(jīng)濾波的和沒有濾波的信號之間會發(fā)生串擾，使總體濾波失效。當需要濾波的引線較多時，使用多路濾波器（本公司有產(chǎn)品，分別對應(yīng)π型濾波電路和Ｔ型濾波電路）。

 

　?。矗V波器與機箱上電纜接口之間的引線要短，可以加一個隔擋層。

 

　　16. 饋通型濾波器是解決電磁干擾的理想器件

 

　　由于電路的工作的頻率和周圍環(huán)境中的電磁干擾頻率越來越高，將濾波器安裝在線路板上所暴露出的高頻濾波不足的問題日益突出。解決高頻濾波的根本方法是使用 饋通型濾波器。饋通型濾波器安裝在金屬面板上，具有很低的接地阻抗，并且利用金屬面板隔離濾波器的輸入和輸出，因此濾波器具有非常好的高頻濾波效果。

 

　　饋通濾波器的使用方法有以下三種：

 

　　1）安裝在屏蔽體（屏蔽箱和屏蔽機箱等）的面板上

 

　　這是最基本的使用方法，當有導線穿過屏蔽體時就需要在屏蔽體面板上安裝饋通濾波器，使導線通過饋通濾波器穿過屏蔽體。

 

　　2）安裝在線路板的地線層上

 

　　再多層線路板上，可以利用線路板的的地線層作隔離層和接地層。
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　　3）安裝在線路之間的隔離板上

 

　　當條件不具備，饋通濾波器不能安裝在屏蔽體面板或地線面上時，安裝在金屬隔板上也具有普通電容（包括三端電容）不可比擬的高頻濾波作用。

 

　　饋通濾波器焊接式安裝和螺紋安裝兩種。焊接式安裝的優(yōu)點是節(jié)省空間，濾波性能可靠。但在將濾波器焊接到面板上時，由于面板的熱容量遠大于濾波器的熱容量，因此焊接的局部溫度有可能達到很高，造成濾波器損壞。焊接時要注意控制焊接的時間和溫度。

 

　　螺紋安裝的方式簡單易行，可以在面板上打通孔，用螺母將饋通濾波器擰緊，也可以在面板上打帶螺紋的孔，將饋通濾波器直接擰上。無論是用哪一種方法，要注意 兩點，一是扭矩不能太大，饋通濾波器雖然從外表上看與螺釘一樣堅固，但是由于內(nèi)部是空心的，扭矩過大會造成損壞。二是在安裝時要套上鋸齒墊片，這樣可以保 持良好的接觸。

 

　　17.饋通濾波器的電路

 

　　濾波器的電路結(jié)構(gòu)C型（單個穿心電容）、L型（一個穿心電容加一個電感）、T型（兩個電感加一個穿心電容）、π型（兩個穿心電容加一個電感）等，濾波器的電路器件越多，則濾波器的過渡帶越短，阻帶的插入損耗越大。選用濾波電路的依據(jù)是：

 

　?。保Ω蓴_的衰減量：濾波器的器件數(shù)量越多，一般對干擾信號的衰減越大（但有例外，當沒有符合下面第３項的原則時，衰減量可能與器件數(shù)量較少的一樣）。

 

　?。玻┯杏眯盘柵c干擾信號在頻率上的差別：有用信號與干擾信號的頻率相差越小，需要濾波器的器件數(shù)量越多。

 

　?。常┦褂脼V波器電路的阻抗：一個基本原則是，濾波器中的電容對著高阻抗電路，電感對這低阻抗電路。這里所謂的高低，可以以５０Ω為參考。

 

　　18.濾波陣列板與濾波連接器

 

　　濾波陣列板與濾波連接器是饋通濾波器的概念的兩種延伸。當需要濾波的導線數(shù)量較多時逐個焊接和安裝是十分繁瑣的事，這時可以使用濾波陣列板與濾波連接器如圖所示。

 

　　濾波陣列板上的濾波器已經(jīng)由廠家使用特殊工藝焊接好，性能可靠，使用簡便。濾波陣列板上的濾波器的間隔為２．５４ｍｍ，因此扁平電纜的接頭可以直接插上，避免了逐根焊線的繁瑣，便于組裝。濾波陣列板一般用在機箱的內(nèi)部。

 

　　對于機箱外部的電纜進行濾波必須使用濾波連接器，這樣才便于電纜的插拔。一般濾波連接器的外形尺寸與普通連接器是完全相同的，可直接取代普通連接器。不同的是濾波連接器的每一個針（孔）上安裝了一個低通濾波器，濾除信號線上的高頻干擾。

 

　　使用濾波陣列板時，要注意的問題是：一定要在濾波陣列板與安裝面板之間安裝電磁密封襯墊，否則在縫隙處會有很強的電磁泄漏。

 

　　19.自制濾波連接器

 

　　濾波連接器對與電纜造成的干擾十分有效。但濾波連接器的價格一般較高，并且不是所有型號的連接器都有對應(yīng)的濾波連接器。這給實際工程帶來很大不便。如果對 空間的限制不嚴，可以自己制作濾波連接器，其效果與成品相同（甚至更好，因為有些成品濾波連接器內(nèi)的濾波器件接地不太可靠），只是需要額外的加工費和安裝 空間。

 

　　自制濾波連接器的方法有兩個，一個是在設(shè)備面板上安裝上選好的連接器后，在連接器的后面裝一個屏蔽盒，屏蔽盒上安裝饋通濾波器（或濾波陣列板）。另一個方法是將選好的連接器與饋通濾波器（陣列板）安裝在一個獨立的金屬盒內(nèi)，構(gòu)成一個濾波部件。

 

　　20.怎樣確定濾波器的參數(shù)

 

　　選用濾波器時，最重要的三個參數(shù)額定電流、額定電壓和截止頻率。額定電流就是指流過濾波器的信號電流，一般很好確定。在確定額定電壓時往往會犯一些錯誤，而在確定截止頻率時往往感到困惑。

 

　　電壓的確定：如果所濾波的導線不會受到靜電放電、電脈沖、涌浪等高壓的沖擊，電路的工作電壓就是濾波器的額定工作電壓。如果不是這樣，例如，拖在設(shè)備外部的電纜，會受到高壓的沖擊，需要充分考慮到這種情況。一般額定工作電壓要達到200V以上。

 

　　截止頻率的確定：信號線濾波器的截止頻率定義是插入損耗為3dB時的頻率。截止頻率的選擇必須保證濾波器的通帶覆蓋功能信號的帶寬，保證設(shè)備的正常工作， 同時最大限度的濾除不必要的高頻干擾。對于模擬信號，截止頻率很好確定，只要保證截止頻率大于信號的帶寬即可。對于數(shù)字脈沖信號，截止信號可定為 1/πtr,tr是脈沖的上升/下降時間。如果是周期性脈沖信號，也可以取脈沖重復頻率的15倍作為截止頻率。
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　　濾波電容的確定：電容值越大，濾波器的截止頻率越低，對于單個電容的濾波電路而言，截止頻率為：Fco=1/(2πRpC),Rp是原電路阻抗與負載電路阻抗的并聯(lián)值。

 

　　21.鐵氧體材料在濾波中的應(yīng)用

 

　　電磁干擾抑制鐵氧體磁環(huán)、磁珠等由于使用方便、價格低廉而倍受設(shè)計人員的青睞，它的主要優(yōu)點如下:

 

　　1)使用非常方便，直接套在需要濾波的電纜上即可。

 

　　2)不像其它濾波方式那樣需要接地，因此對結(jié)構(gòu)設(shè)計、線路板設(shè)計沒有特殊的要求。

 

　　3)作為共模扼流圈使用時，不會造成信號失真，這對于傳輸高頻信號的導線而言非?？少F。

 

　　電磁干擾抑制鐵氧體與普通鐵氧體的最大區(qū)別在于它具有很大的損耗，用這種鐵氧體做磁芯制作的電感，其特性更接近電阻。它是一個電阻值隨著頻率增加而增加的電阻，當高頻信號通過鐵氧體時，電磁能量以熱的形式耗散掉。

 

　　要充分發(fā)揮鐵氧體的性能，下面一些注意事項十分重要：

 

　　A）鐵氧體磁環(huán)（磁珠）的效果與電路阻抗有關(guān)：電路的阻抗越低，則鐵氧體磁環(huán)（磁珠）的濾波效果越好。因此，在一般鐵氧體材料的產(chǎn)品手冊中，并不給出鐵氧體材料的插入損耗，而是給出鐵氧體材料的阻抗，鐵氧體材料的阻抗越大，濾波效果也越好。

 

　　B）電流的影響:當穿過鐵氧體的導線中流過較大的電流時，濾波器的低頻插入損耗會變小，高頻插入損耗變化不大。要避免這種情況發(fā)生，在電源線上使用時，可以將電源線與電源回流線同時穿過鐵氧體。

 

　　C）鐵氧體材料的選擇：根據(jù)要抑制干擾的頻率不同，選擇不同磁導率的鐵氧體材料。鐵氧體材料的磁導率越高，低頻的阻抗越大，高頻的阻抗越小。

 

　　D）鐵氧體磁環(huán)尺寸的確定：磁環(huán)的內(nèi)外徑差越大，軸向越長，阻抗越大。但內(nèi)徑一定要包緊導線。因此，要獲得大的衰減，在鐵氧體磁環(huán)內(nèi)徑包緊導線的前提下，盡量使用體積較大的磁環(huán)。

 

　　E）共模扼流圈的匝數(shù)：增加穿過磁環(huán)的匝數(shù)可以增加低頻的阻抗，但是由于寄生電容增加，高頻的阻抗會減小。盲目增加匝數(shù)來增加衰減量是一個常見的錯誤。當需要抑制的干擾頻帶較寬時，可在兩個磁環(huán)上繞不同的匝數(shù)。

 

　　F）電纜上鐵氧體磁環(huán)的個數(shù)：增加電纜上鐵氧體磁環(huán)的個數(shù)，可以增加低頻的阻抗，但高頻的阻抗會減小。這是因為寄生電容增加的緣故。

 

　　G）鐵氧體磁環(huán)的安裝位置：一般盡量靠近干擾源。對于屏蔽機箱上的電纜，磁環(huán)盡量靠近機箱電纜的進出口。

 

　　H）與電容式濾波連接器一起使用效果更好：由于鐵氧體磁環(huán)的效果取決于電路的阻抗，電路的阻抗越低，則磁環(huán)的效果越明顯。因此當原來的電纜兩端安裝了電容式濾波連接器時，其阻抗很低，磁環(huán)的效果更明顯。

 

　　鐵氧體磁芯的線圈在頻率較低時，仍然是一個電感，對于這種單個電感構(gòu)成的濾波電路而言，截止頻率為：Fco=1/(2πRsL),Rs是原電路阻抗與負載電路阻抗的串聯(lián)值。