關(guān)于濾波
發(fā)布時間:2007/8/31 0:00:00 訪問次數(shù):396
濾波技術(shù)是抑制干擾的一種有效措施,尤其是在對付開關(guān)電源EMI信號的傳導(dǎo)干擾和某些輻射干擾方面,具有明顯的效果。任何電源線上傳導(dǎo)干擾信號,均可用差模和共模干擾信號來表示。差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸,屬于對稱性干擾;共模干擾在導(dǎo)線與地(機殼)之間傳輸,屬于非對稱性干擾。在一般情況下,差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小,共模干擾幅度大、頻率高,還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射,所造成的干擾較大。因此,欲削弱傳導(dǎo)干擾,把EMI信號控制在有關(guān)EMC標準規(guī)定的極限電平以下。除抑制干擾源以外,最有效的方法就是在開關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝EMI濾波器。一般設(shè)備的工作頻率約為10~50 kHz。EMC很多標準規(guī)定的傳導(dǎo)干擾電平的極限值都是從10 kHz算起。對開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻段EMI信號,只要選擇相應(yīng)的去耦電路或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單的EMI濾波器,就不難滿足符合EMC標準的濾波效果。
瞬態(tài)干擾
是指交流電網(wǎng)上出現(xiàn)的浪涌電壓、振鈴電壓、火花放電等瞬間干擾信號,其特點是作用時間極短,但電壓幅度高、瞬態(tài)能量大。瞬態(tài)干擾會造成單片開關(guān)電源輸出電壓的波動;當瞬態(tài)電壓疊加在整流濾波后的直流輸入電壓VI上,使VI超過內(nèi)部功率開關(guān)管的漏-源擊穿電壓V(BR)DS時,還會損壞TOPSwitch芯片,因此必須采用抑制措施。通常,靜電放電(ESD)和電快速瞬變脈沖群(EFT)對數(shù)字電路的危害甚于其對模擬電路的影響。靜電放電在5 — 200MHz的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生強烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經(jīng)常出現(xiàn)在35MHz — 45MHz之間發(fā)生自激振蕩。許多I/O電纜的諧振頻率也通常在這個頻率范圍內(nèi),結(jié)果,電纜中便串入了大量的靜電放電輻射能量。
當電纜暴露在4 — 8kV靜電放電環(huán)境中時,I/O電纜終端負載上可以測量到的感應(yīng)電壓可達到600V。這個電壓遠遠超出了典型數(shù)字的門限電壓值0.4V。典型的感應(yīng)脈沖持續(xù)時間大約為400納秒。將I/O電纜屏蔽起來,且將其兩端接地,使內(nèi)部信號引線全部處于屏蔽層內(nèi),可以將干擾減小60 — 70dB,負載上的感應(yīng)電壓只有0.3V或更低。
電快速瞬變脈沖群也產(chǎn)生相當強的輻射發(fā)射,從而耦合到電纜和機殼線路。電源線濾波器可以對電源進行保護。線 — 地之間的共模電容是抑制這種瞬態(tài)干擾的有效器件,它使干擾旁路到機殼,而遠離內(nèi)部電路。當這個電容的容量受到泄漏電流的限制而不能太大時,共模扼流圈必須提供更大的保護作用。這通常要求使用專門的帶中心抽頭的共模扼流圈,中心抽頭通過一只電容(容量由泄漏電流決定)連接到機殼。共模扼流圈通常繞在高導(dǎo)磁率鐵氧體芯上,其典型電感值為15 ~ 20mH。
傳導(dǎo)的抑制
往往單純采用屏蔽不能提供完整的電磁干擾防護,因為設(shè)備或系統(tǒng)上的電纜才是最有效的干擾接收與發(fā)射天線。許多設(shè)備單臺做電磁兼容實驗時都沒有問題,但當兩臺設(shè)備連接起來以后,就不滿足電磁兼容的要求了,這就是電纜起了接收和輻射天線的作用。唯一的措施就是加濾波器,切斷電磁干擾沿信號線或電源線傳播的路徑,與屏蔽共同夠成完善的電磁干擾防護,無論是抑制干擾源、消除耦合或提高接收電路的抗能力,都可以采用濾波技術(shù)。針對不同的干擾,應(yīng)采取不同的抑制技術(shù),由簡單的線路清理,至單個元件的干擾抑制器、濾波器和變壓器,再至比較復(fù)雜的穩(wěn)壓器和凈化電源,以及價格昂貴而性能完善的不間斷電源,下面分別作簡要敘述。
專用線路
只要通過對供電線路的簡單清理就可以取得一定的干擾抑制效果。如在三相供電線路中認定一相作為干擾敏感設(shè)備的供電電源;以另一相作為外部設(shè)備的供電電源;再以一相作為常用測試儀器或其他輔助設(shè)備的供電電源。這樣的處理可避免設(shè)備間的一些相互干擾,也有利于三相平衡。 值得一提的是在現(xiàn)代電子設(shè)備系統(tǒng)中,由于配電線路中非線性負載的使用,造成線路中諧波電流的存在,而零序分量諧波在中線里不能相互抵消,反而是疊加,因此過于纖細的中線會造成線路阻抗的增加,干擾也將增加。同時過細的中線還會造成中線過熱。 瞬變干擾抑制器
屬瞬變干擾抑制器的有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻、硅瞬變吸收二極管和固體放電管等多種。其中金屬氧化物壓敏電阻和硅瞬變吸收二極管的工作有點象普通的穩(wěn)壓管,是箝位型的干擾吸收器件;而氣體放電管和固體放電管是能量轉(zhuǎn)移型干擾吸收器件(以氣體放電管為例,當出現(xiàn)在放電管兩端的電壓超過放電管的著火電壓時,管內(nèi)的氣體發(fā)生電離,在兩電極間產(chǎn)生電弧。由于電弧的壓降很低,使大部分瞬變能量得以轉(zhuǎn)移,從而保護設(shè)備免遭瞬變電壓破壞)。瞬變干擾抑制器與被保護設(shè)備并聯(lián)使用。 氣體放電管氣體放電管也稱避雷管,目前常用于程控交換機上。避雷管具有很強的浪涌吸收能力,很高的絕緣電阻和很小的寄生電容,對正常工作的設(shè)備不會帶來任何有害影響。但它對浪涌的起弧響應(yīng),與對直流電壓的起弧響應(yīng)之間存在很大差異。例如90V氣體放電管對直流的起弧電壓就是90V,而對5kV/μs的浪涌起弧電壓最大值可能達到1000V。這表
濾波技術(shù)是抑制干擾的一種有效措施,尤其是在對付開關(guān)電源EMI信號的傳導(dǎo)干擾和某些輻射干擾方面,具有明顯的效果。任何電源線上傳導(dǎo)干擾信號,均可用差模和共模干擾信號來表示。差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸,屬于對稱性干擾;共模干擾在導(dǎo)線與地(機殼)之間傳輸,屬于非對稱性干擾。在一般情況下,差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小,共模干擾幅度大、頻率高,還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射,所造成的干擾較大。因此,欲削弱傳導(dǎo)干擾,把EMI信號控制在有關(guān)EMC標準規(guī)定的極限電平以下。除抑制干擾源以外,最有效的方法就是在開關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝EMI濾波器。一般設(shè)備的工作頻率約為10~50 kHz。EMC很多標準規(guī)定的傳導(dǎo)干擾電平的極限值都是從10 kHz算起。對開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻段EMI信號,只要選擇相應(yīng)的去耦電路或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單的EMI濾波器,就不難滿足符合EMC標準的濾波效果。
瞬態(tài)干擾
是指交流電網(wǎng)上出現(xiàn)的浪涌電壓、振鈴電壓、火花放電等瞬間干擾信號,其特點是作用時間極短,但電壓幅度高、瞬態(tài)能量大。瞬態(tài)干擾會造成單片開關(guān)電源輸出電壓的波動;當瞬態(tài)電壓疊加在整流濾波后的直流輸入電壓VI上,使VI超過內(nèi)部功率開關(guān)管的漏-源擊穿電壓V(BR)DS時,還會損壞TOPSwitch芯片,因此必須采用抑制措施。通常,靜電放電(ESD)和電快速瞬變脈沖群(EFT)對數(shù)字電路的危害甚于其對模擬電路的影響。靜電放電在5 — 200MHz的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生強烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經(jīng)常出現(xiàn)在35MHz — 45MHz之間發(fā)生自激振蕩。許多I/O電纜的諧振頻率也通常在這個頻率范圍內(nèi),結(jié)果,電纜中便串入了大量的靜電放電輻射能量。
當電纜暴露在4 — 8kV靜電放電環(huán)境中時,I/O電纜終端負載上可以測量到的感應(yīng)電壓可達到600V。這個電壓遠遠超出了典型數(shù)字的門限電壓值0.4V。典型的感應(yīng)脈沖持續(xù)時間大約為400納秒。將I/O電纜屏蔽起來,且將其兩端接地,使內(nèi)部信號引線全部處于屏蔽層內(nèi),可以將干擾減小60 — 70dB,負載上的感應(yīng)電壓只有0.3V或更低。
電快速瞬變脈沖群也產(chǎn)生相當強的輻射發(fā)射,從而耦合到電纜和機殼線路。電源線濾波器可以對電源進行保護。線 — 地之間的共模電容是抑制這種瞬態(tài)干擾的有效器件,它使干擾旁路到機殼,而遠離內(nèi)部電路。當這個電容的容量受到泄漏電流的限制而不能太大時,共模扼流圈必須提供更大的保護作用。這通常要求使用專門的帶中心抽頭的共模扼流圈,中心抽頭通過一只電容(容量由泄漏電流決定)連接到機殼。共模扼流圈通常繞在高導(dǎo)磁率鐵氧體芯上,其典型電感值為15 ~ 20mH。
傳導(dǎo)的抑制
往往單純采用屏蔽不能提供完整的電磁干擾防護,因為設(shè)備或系統(tǒng)上的電纜才是最有效的干擾接收與發(fā)射天線。許多設(shè)備單臺做電磁兼容實驗時都沒有問題,但當兩臺設(shè)備連接起來以后,就不滿足電磁兼容的要求了,這就是電纜起了接收和輻射天線的作用。唯一的措施就是加濾波器,切斷電磁干擾沿信號線或電源線傳播的路徑,與屏蔽共同夠成完善的電磁干擾防護,無論是抑制干擾源、消除耦合或提高接收電路的抗能力,都可以采用濾波技術(shù)。針對不同的干擾,應(yīng)采取不同的抑制技術(shù),由簡單的線路清理,至單個元件的干擾抑制器、濾波器和變壓器,再至比較復(fù)雜的穩(wěn)壓器和凈化電源,以及價格昂貴而性能完善的不間斷電源,下面分別作簡要敘述。
專用線路
只要通過對供電線路的簡單清理就可以取得一定的干擾抑制效果。如在三相供電線路中認定一相作為干擾敏感設(shè)備的供電電源;以另一相作為外部設(shè)備的供電電源;再以一相作為常用測試儀器或其他輔助設(shè)備的供電電源。這樣的處理可避免設(shè)備間的一些相互干擾,也有利于三相平衡。 值得一提的是在現(xiàn)代電子設(shè)備系統(tǒng)中,由于配電線路中非線性負載的使用,造成線路中諧波電流的存在,而零序分量諧波在中線里不能相互抵消,反而是疊加,因此過于纖細的中線會造成線路阻抗的增加,干擾也將增加。同時過細的中線還會造成中線過熱。 瞬變干擾抑制器
屬瞬變干擾抑制器的有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻、硅瞬變吸收二極管和固體放電管等多種。其中金屬氧化物壓敏電阻和硅瞬變吸收二極管的工作有點象普通的穩(wěn)壓管,是箝位型的干擾吸收器件;而氣體放電管和固體放電管是能量轉(zhuǎn)移型干擾吸收器件(以氣體放電管為例,當出現(xiàn)在放電管兩端的電壓超過放電管的著火電壓時,管內(nèi)的氣體發(fā)生電離,在兩電極間產(chǎn)生電弧。由于電弧的壓降很低,使大部分瞬變能量得以轉(zhuǎn)移,從而保護設(shè)備免遭瞬變電壓破壞)。瞬變干擾抑制器與被保護設(shè)備并聯(lián)使用。 氣體放電管氣體放電管也稱避雷管,目前常用于程控交換機上。避雷管具有很強的浪涌吸收能力,很高的絕緣電阻和很小的寄生電容,對正常工作的設(shè)備不會帶來任何有害影響。但它對浪涌的起弧響應(yīng),與對直流電壓的起弧響應(yīng)之間存在很大差異。例如90V氣體放電管對直流的起弧電壓就是90V,而對5kV/μs的浪涌起弧電壓最大值可能達到1000V。這表
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