第四章 干擾濾波技術,干擾濾波在EMC設計中作用 差模干擾和共模干擾 常用濾波電路 怎樣制作有效的濾波器 正確使用濾波器,濾波器的作用,信號濾波器,電源濾波器,切斷干擾沿信號線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構成完善的干擾防護。,共模和差模電流,共模/差模干擾的產生,V,V,ICM,ICM,ICM,IDM,開關電源噪聲,50Hz的奇次諧波（1、3、5、7 ） 開關頻率的基頻和諧波（1MHz以下差模為主，1MHz以上共模為主）,干擾濾波器的種類,衰減,衰減,衰減,衰減,低通,帶通,高通,帶阻,3dB,截止頻率,低通濾波器類型,C,T,L,反,電路與插入損耗的關系,20,40,60,80,100,fc 10fc 100fc 1000fc,5階 4階 3階 2階 1階,20N/十倍頻程 6N/倍頻程,插入損耗,dB,確定濾波器階數,50 100,欲衰減20dB,4 6=24 20 至少4階濾波器,10 100,1 20 = 20 1階濾波器就可以了 為了保險，可用2階,欲衰減20dB,L、C的數值決定截止頻率,階數決定過渡帶的陡度,根據阻抗選用濾波電路,規律：電容對高阻，電感對低阻,插入損耗的估算,Fco = 1/(2 Rp C),ZL,Zs、ZL并聯,C,IL = 20 lg(CRp),IL,IL = 20 lg(L/Rs),Fco = Rs/(2 L）,Zs、ZL串聯,Zs,L,Zs,ZL,器件參數的確定,L,C,R,R,L = R / 2FC C = 1 / 2RFC 對于T形（多級T）和 形（多級）電路，最外邊的電感或電容取 L/2 和 C/2，中間的不變。,實際電容器的特性,ZC,實際電容,理想電容,f,引線長1.6mm的陶瓷電容器,1/2 LC,C,L,溫度對陶瓷電容容量的影響,0.15,-0.15,0,-55,125,5,-15,0,-55,125,-10,-5,COG,X7R,-60,20,-30,90,-30,0,Y5V,30,%C,%C,%C,電壓對陶瓷電容容量的影響,COG,X7R,Y5V,20,0,-20,-40,-60,-80,0 20 40 60 80 100 %額定電壓（Vdc）,%C,實際電感器的特性,ZL,理想電感,實際電感,f,繞在鐵粉芯上的電感,1/2 LC,L,C,電感寄生電容的來源,每圈之間的電容 CTT 導線與磁芯之間的電容CTC,磁芯為導體時，CTC為主要因素， 磁芯為非導體時，CTT為主要因素。,克服電容非理想性的方法,衰減,電容并聯 LC并聯 電感并聯,小電容,大電容,并聯電容,頻率,大容量,小容量,三端電容器的原理,引線電感與電容一起構成了一個T形低通濾波器 在引線上安裝兩個磁珠濾波效果更好,地線電感起著不良作用,三端電容的正確使用,接地點要求： 1 干凈地 2 與機箱或其它較大 的金屬件射頻搭接,三端電容器的不足,寄生電容造成輸入端、輸出端耦合,接地電感造成旁路效果下降,穿心電容更勝一籌,金屬板隔離輸入輸出端,一周接地電感很小,穿心電容的插入損耗,插入損耗,頻率,1GHz,普通電容,理想電容,穿心電容,饋通濾波器使用注意事項,必須安裝在金屬板上，并在一周接地 最好焊接，螺紋安裝時要使用帶齒墊片 焊接時間不能過長 上緊螺紋時扭矩不能過大,線路板上使用饋通濾波器,線路板地線面,上面,底面,磁芯對電感寄生電容的影響,鐵粉芯 C = 4.28pf C = 3.48pf 19% 鐵氧體（錳鋅） C = 49pf C = 51pf 4%,減小電感寄生電容的方法,然后： 起始端與終止端遠離（夾角大于40度） 盡量單層繞制，并增加匝間距離 多層繞制時， 采用“漸進”方式繞，不要來回繞 分組繞制 （要求高時，用大電感和小電感串聯起來使用）,如果磁芯是導體，首先： 用介電常數低的材料增加繞組導體與磁芯之間的距離,共模扼流圈,共模扼流圈中的負載電流產生的磁場相互抵銷，因此磁芯不會飽和。,有意增加漏磁， 利用差模電感,電感磁芯的選用,鐵粉磁芯：不易飽和、導磁率低，作差模扼流圈的磁芯,鐵氧體：最常用,錳鋅：r = 500 10000，R = 0.1100m,鎳鋅：r = 10 100，R = 1k 1Mm,超微晶：r 10000，做大電感量共模扼流圈的磁心,電感量與飽和電流的計算,S,D1,D2,飽和電流： Imax = Bmax S (D1-D2)/2L,電感量： L （nH）= 0.2 N2 r S(mm) ln (D1/D2),電感量,廠家手冊給出,廠家經常給出每匝的電感量“AL”，則 L （nH）= AL N2,干擾抑制用鐵氧體,Z = jL + R,R,Z,L,R(f),1MHz 10MHz 100MHz 1000MHz,鐵氧體磁環使用方面的一些問題,1 10 100 1000,125,4500,1250,600,300個,30個,0.1 1 10 100 1000,匝,1匝,無偏置,有偏置,低通濾波器對脈沖信號的影響,信號濾波器的安裝位置,板上濾波器,無屏蔽的場合,濾波器靠近被濾波導線的靠近器件或線路板一端。,有屏蔽的場合：在屏蔽界面上,板上濾波器的注意事項,濾波器要并排安裝,線路板的干凈地與金屬機箱或大金屬板緊密搭接,為濾波設置干凈地,在接口處設置檔板,濾波器靠近接口,面板上濾波的簡易（臨時）方法,容量適當的瓷片電容或獨石電容，引線盡量短,電纜濾波的方法,屏蔽盒,饋通濾波器,連接器,濾波連接器 雖然是最佳 選擇，但是 當空間允許 時，也可以 這樣：,自制面板濾波器,濾波電路可以按照需要設計，但是至少有一級饋通濾波器,連接器按照需要選擇，也可以是引線,錫焊，保證完全隔離,螺紋盲孔,面板安裝濾波器注意事項,濾波器與面板之間必須使用電磁密封襯墊！,使用形濾波器的注意事項,濾波器接地阻抗,預期干擾電流路徑,實際干擾電流路徑,對接地沒有把握時，避免使用形濾波器！,電源線濾波器的基本電路,共模扼流圈,差模電容,共模電容,共模濾波電容受到漏電流的限制,電源線濾波器的特性,損耗,頻率,理想濾波器特性,實際濾波器特性,一般產品說明書上給出的數據是50條件下的測試結果。,30MHz,越來越受到關注,改善濾波器高頻特性的方法,或,精心繞制或多個電感串聯,注意插入增益問題,0,-10,50 / 50,100 / 0.1 或,0.1 / 100,頻率,插入損耗,解決辦法：差模電感上并聯電阻（50 1k)，差模電容上串聯電阻（0.5 10）,選擇濾波器的保險方法,濾波器,0.1,100,濾波器,0.1,100,0,衰減,50條件下的插入損耗,0.1/100條件下的插入損耗,插入損耗增益會暴露出來,電源線濾波器的錯誤安裝,PCB,濾波器,濾波器,輸入線過長,輸入、輸出耦合,PCB,電源線濾波器的錯誤安裝,濾波器,絕緣漆,PCB,濾波器通過細線接地，高頻效果很差！,接地線,濾波器的正確安裝,濾 波 器,PCB,濾波器直接接地盡量短 輸入、輸出線隔離,濾波器安裝在線路板上時，在電源線入口處增加一只高頻共模濾波器,電源,PCB,濾波電路,低通濾波器對脈沖干擾的抑制,A,f,IL,f,+,fCO,fCO,A,f,輸入脈沖頻譜,濾波器特性,輸出脈沖頻譜,2VIPd,2