滤波器总体概述.docx
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滤波器总体概述
滤波器
、电子干扰有两种传媒途径：
一种是由于工作电流的动态变化使得局部电网上电压不稳，从而影响使用本地电网的设备工作，这种干扰称为传导干扰。
另一种是设备中工作电流（电压）的动态产生变化电磁辐射，同样影响其他设备的工作，这种干扰称为辐射干扰。
、电磁噪声（干扰）的来源有三个途径，除电力电子设备本身电流（或电压）变化引起的干扰外，还有一些自然现象（如雷电）和其他认为行（如氦爆炸等）。
、电磁干扰的影响很大，轻则使设备的性能得不到很好的体现，重则使设备根本无法工作。
此外，电磁辐射还可能导致机密情报泄露。
、抑制电磁干扰的有效途径是采用电源滤波器和加屏蔽装置。
屏蔽装置主要是针对辐射干扰，既防止本身电磁波外泄而造成新的干扰源，又避免受到外来辐射的干扰。
电源滤波器最基本的作用就是抑制传导干扰，有的电源滤波器也能提高对辐射干扰的抑制能力。
电源滤波器正是抑制这些“破坏性”干扰的关键器件。
电源滤波器对干扰信号具有双向抑制作用，不仅对各种来自外部的干扰进行有效衰减，而且衰减设备自身向外的干扰，从而大大提高了电力电子设备的可靠性和自身品质。
⊙常用和常见电力电子设备用滤波器一览表
型号
主要性能和特点
主要参数
FN系列
FP系列
分插头式、印制版安装式及设备安装式，内装有一个或两个熔断器，带有地线扼流圈，有的还带有浪涌保护电路。
单相最高：
250V
三相最高：
420V
MAX29
8阶开关电容低通滤波器，使用中基本上不用接元件，设计简单、尺寸小，可广泛用于数模转换的反混叠滤波、噪声分析、电源噪声抑制等领域。
工作电压：
±2.35～±5.5V或±2.35～±11V
工作温度：
﹣40～+85℃
MF10
MOS开关电容有源滤波器，内部采用了数据采样新技术，可将运算放大器放在半导体单片衬底上，不许要任何外部电容。
内部还包含两个双二次型二阶通用滤波器和两个独立的运算放大器，具有体积小、功耗低、精度高、稳定性能好等优点。
电源电压：
+8～+14V
频率范围：
1～30KHz
中心频率f与品质因数Q的乘积：
﹤200KHz
IA、JA、BA、BBL、DEL、EBA系列
集IEC标准电源插座和滤波器与一体，为单相通用滤波器，随引出形式的不同，可分为四种系列，可广泛用于计算机、USB、程控交换机、医疗设备、仪器仪表等行业。
额定工作频率：
50～400
额定工作电流：
1～6A、10～100A（随系列而不同）
BD、PD、DDL、DF、EF系列
单相高性能系列滤波器，内部采用双节共模扼流圈或共模扼流圈并用，引出形式有焊片式、导线式及螺栓式。
特别适合于FCCB级VDE0871规范的军民品设备、开关电源、逆变电源、程控交换机、计算机、UPS、变频调速装置、军事装备等领域使用。
额定工作电压：
AC115～250V
额定工作频率：
50～400
额定工作电流：
1～10A（随系列而不同）
型号
主要性能和特点
主要参数
GLL、DNL
EML、FJL
EKL、HLL系列
三相交流滤波器，全部采用新材料，随采用三相三线制还是三相四线制及内部电路结构的不同可分为六个系列。
可广泛用于三相机电设备、电机驱动、逆变电源、变频调速等领域。
最高：
三相440V单相250V
额定工作电流：
3～100（随系列不同）
相对地及相对中线耐压：
交流1500V/1min
防雷电源滤波器
由防雷电路、电源滤波器和由瞬态电压抑制器组成的钳位电路三部分构成。
可用于野外工作的通信车辆、电子设备及邮电系统等领域。
工作电压范围：
AC115～250
额定工作电流：
10A20A30A
工作频率：
50～400Hz
耐冲击电流强度：
5KA
DQL、EQL
FQL、ESL
SSL、PU系列
直流高性能滤波器，均适应负载端接地或不接地的各类直流电源，广泛用于程控交换机、开关逆变电源、通用直流电源、仪器仪表及军事装备等领域。
额定工作电流：
5～10、20～50、100A（随系列而不同）
线、地间耐压：
AC1500V
S3528
S3529
可编程开关电容低通和高通滤波器，通过有效设置6个数据输入端的状态，可获得不同截止频率的高通和低通滤波器，通过合理的连接还可以组成带通和带阻滤波器。
工作电源电压：
±5V
通带内纹波：
﹤0.1dB
阻带衰减系数：
﹥51dB
CSC5609
开关电容式有源低通滤波器电路，内部包含时钟电路和七阶椭圆函数低通滤波器。
该电路能够用于电路、数字通信、信号处理等领域，作为通用限带滤波电路，具有良好的特性。
电源电压：
±11V
时钟频率：
3MHz
输入电容：
15Pf
TLC04
通频带内具有最大平坦度、截止边带单调下降的巴特沃斯四阶开关电容滤波器。
该滤波器的截止频率可随时钟编程，其稳定性依赖于时钟的稳定性
，时钟截止频率比为50：
1，该滤波器可外接TTL或CMOS时钟，也可自产生时钟。
电源电压：
±2.25～±6V
时钟频率：
5Hz～2MHz
五、
电源滤波器的组成。
电源滤波器由LC网络组成，其工作原理是使滤波器的阻抗与干扰源的阻抗不匹配，从而使干扰信号沿干扰源近来的方向反射回去，降低干扰源的影响。
（左面电源为进线右面接设备）
上图是一个电源滤波器的原理电路，图中L1和和L2对共模干扰信号（非对称干扰电流）呈现高阻抗，而对差模信号（对称干扰电流）和电源电流呈现低阻抗，这样就能保证电源电流的衰减很小，而同时有抑制了电流的噪音。
通常L1、L2的值很小切相等，对称的绕在同一个螺旋管上，这样在正常工作电流范围内，磁性材料产生的磁场互相补偿，以免磁通饱和。
但是对于不对称干扰（共模）信号来说，这两个线圈产生的磁场是相互加强的，对外呈现的总电感明显增加大，对称干扰分量就被L1、L2和相线于零线之间的电容大大抑制了。
如果进一步衰减对称干扰，除了使用电容Cx外（由于相线于零线之间的漏电流限制，不可能使Cx很大），还可以采用非补偿扼流圈。
过上面的分析，说明电源滤波器在使用时必须安装在电源的输入端，也就是把电源滤波器串入电网和对设备供电的电源线之间。
工作电流。
又称额定工作电流，允许的工作电流和工作温度有一定的关系，一般只给出某个较高温度（40℃或45℃）下的值，在其他环境下滤波器的最大工作电流可按下式计算：
式中In----65℃时的工作电流。
式中Ip----40℃的额定电流。
漏电流。
在电源滤波器中，由于在相线和零线之间有电容器存在，当电源接通时，电流就会通过电容器流入地端，这就导致了漏电流的存在。
漏电流测试方法如图所示，该参数对三相和单相滤波器有所不同。
单相滤波器中，此数据为230V/50Hz时每相对地的最大漏电流值。
三相滤波器中，此数据为线电压400V/50Hz时，负载严重不平衡，且只有一相接负载的最坏情况下，相对地的漏电流。
通常情况下，在三相负载平衡时，该漏电流接近于零。
六、元件植误差。
负差正查测试频率
电感30%50%1KHz
电容20%20%1KHz
电阻10%10%直流
七、高压测试。
国际电工委员会IEC标准，滤波器的高压测试分为两种：
标准测试和产品测试。
标准测试时所有线—线之间电压不小于DC2125V，测试时间不小于60s。
在此测试中，滤波器的放电电阻应拿掉，线—地之间电压不小于AC2000V或DC2800V，时间不小于60s。
所有产品出厂前应100%的进行不小于2s的高压测试。
八、起动及过载电流。
指滤波器在允许电流条件下的起动或过载工作电流，一般滤波器可在4～8倍额定电流下工作10s。
九、干扰信号的传播。
EMI以两种方式传播：
辐射方式：
能量通过磁场或电场耦合，或以干扰源与受扰设备间的电磁波形式传播。
传导方式：
电磁干扰（EMI）的能量沿电源和数据电缆传播。
辐射干扰和传导干扰不是毫无相关的。
当一根传输电缆类似天线具有一定的发射功率时，沿此电缆传导的噪音就会被辐射出去。
电缆的长度和波长接近时，辐射现象尤为明显。
同时辐射功能强的电缆接收功能也强，它会不断地从空间接受辐射干扰信号。
在150MHz以下，系统中最主要的辐射源是电源和数据电缆。
对这些电缆进行合适的滤波，可减少电缆产生的辐射干扰和传导干扰。
在150MHz以上，PCB上的连线以及较短的内部电缆开始变为辐射功能强的天线。
为减少它们的辐射，在布线时应减少走线的长度和环路的面积。
如果可能的话，还应使用地线层。
数据集成电路的去耦合也是非常重要的，必要时还须加屏蔽。
十、干扰类型。
差模干扰：
差模干扰（对称模式）在系统的相线产生干扰电压，而与地线无关。
差模电流从一相流出，由另一相返回。
共模干扰：
共模干扰（不对称模式）在每一相线与地线之间产生干扰电压。
共摸电流从干扰电源流入地线（通常通过分布电容），然后沿地线传播，最后经相线返回。
十一、BIT牌滤波器是北京理工大学产业总公司开发的。
它分交流单相、三相和直流EMI滤波器及防雷滤波器，共有100多个品种，按种类不同工作电流可达1～200A。
通用系列滤波器的内部电路结构（A型电路）
B型电路
以下两种比通用系列性能更优良（D型电路）
F型系列
三相滤波器内部采用电路的不同可分以下几种：
a）N型电路
b）M型电路
c）J型电路
d）K型电路
e）L型电路
直流系列滤波器：
在开关电源、通用直流电源仪器仪表中具有很大的用途，主要用来滤掉纹波电压，以提供良好的输出直流电压，所以在结构上与交流稍有差别。
a）Q型电路
b）S型电路
c）U型电路（滤波效果最佳）
防雷型滤波器：
防雷型滤波器有三部分组成。
第一部分：
压敏电阻组成的防雷电路；
第二部分：
电源滤波器；
第三部分：
瞬态电压抑制器组成的钳位保护，其电路如图；
当出现雷电或浪涌等过电压时，压敏电阻呈短路状态，使雷电流或浪涌电流短路到地，当雷电或浪涌电压过去后，压敏电阻恢复呈高阻状态，不影响电路正常工作。
电源滤波器主要用于抑制窜入电源中的高频干扰信号。
瞬态电压抑制器组成的钳位电路响应速度很快，通常在10ns以下，而且钳位电压比较稳定，可以进一步削减雷电或其他干扰信号，以保证负载不致出现过电压而损坏。
十二、EMI电源滤波器的正确运用
真正对信息设备构成威胁的电磁脉冲，按能量大小依次是雷电、强电磁脉冲、静电、开关电磁脉冲四类。
它们通过电磁辐射从信息设备的孔、缝隙、线揽耦合近来，也可从设备的孔、缝隙、线缆辐射出去。
它们还可以通过电磁传导从信息设备的电源线、信号线缆耦合进来，同样也可从设备的电源线、信号线耦合出去。
EMI电源滤波器是抑制传导干扰的有效手段，应用非常广泛。
前面介绍滤波器参数、结构及各种滤波器的基础上，分析介绍正确选用EMI电源滤波器中的几个重要问题。
1、选择适合你所用的滤波电路及其插入损耗。
与传统滤波器在匹配条件下工作的固有概念不同，匹配意味着滤波器需保护输入、输出信号幅度不变的前提下，将其中部分频域作预期的处理或变换。
而EMI电源滤波器不同，虽然它是低通滤波器但却是在不匹配的条件下工作，因为在实际应用中无法实现匹配，如电网输入阻抗Rs是随着用电量的大小而变化的，输出阻抗Rl是随着开关电源（或线形电源）的负载大小而变化的。
注意：
这里指的输入、输出阻抗Rs、Rl均对EMI电源滤波器而言的。
为此，EMI电源滤波器要获得理想的抑制效果，应遵循以下图中的连接规律。
Rs
电路
Rl
小
小
大
大
小
大
大
小
其理由是显而易见的，因为无论在输入端或输出端的电磁脉冲均能在滤波器内获得最大的损耗，当然上面的图中的电感、电容的数值对电磁干扰的频谱具有较大的影响。
（1）、电路实例分析
由于传导干扰可分解为共模干扰和差模干扰，所以滤波器电路由共模电路和差模电路构成。
A：
交流单相滤波电路中EMI电源滤波器的结构如下图所示。
（交流单相电路中EMI电源滤波器的结构）
共模电路如下图所示。
电路由共模扼流圈和对地电容Cy构成。
（单相电路中消去共模的滤波电路）
滤波器输入端应和低阻抗Rs连接，出于安全考虑，图中对地电容Cy有严格的限制，一般较小（1000～5600pF），因此输出端应和低阻抗Rl连接，对高阻抗的开关电源共模干扰不太理想。
如需要提高对开关电源共模干扰的插入损耗，可以增加共模电路的级数，如下图：
（多级共模滤波器提高对共模插入的损耗）
电路由线间电容Cx构成，这时共模扼流圈不起作用。
滤波器输入、输出端都应和高阻抗Rs、Rl连接，对低阻抗的开关电源插模干扰不太理想。
如图：
（用电容进行差模滤波）
如需要提高对开关电源插模干扰的插入损耗，可以增加差模电感如下图：
（用电容和电感对差模滤波）
综合以上的分析，对于开关电源较理想的滤波器电路应以下图所示，这种电路就是高性能电路，与一般性能的电路有很大的差别。
（开关电源中较理想的滤波器）
B：
交流三相四线制滤波器电路如下图。
（三相四线制滤波器电路）
共模滤波器电路如下图所示。
（共模滤波器电路）
因为Cx﹥﹥Cy，所以取决于Cy，因此可用Cy代替，分析同单相滤波器电路中的共模电路。
差模滤波器电路如下图，分析同单相滤波器电路中的差模电路。
（相—中电路）（相—相电路）
同样可以推论，用与开关电源的三相四线的理想滤波电路。
如下图所示：
（用于开关电源的三相四线的理想滤波电路）
C、直流滤波器电路
输入、输出对地对称（悬浮）电路，如下图所示点划线框内，分析同交流滤波器。
可见直流滤波器电路和交流滤波器没有区别（仅指电容、电感的耐压数值没有区别）。
共模滤波器差模滤波器共模滤波器
（用于直流滤波器的共模和差模滤波器）
输入、输出不对地对称电路如下图所示。
电路为典型的T型滤波电路，为了减少地电流干扰，接地电容不宜过大。
检测
（典型的T型滤波器）
（2）、插入损耗。
插入损耗应该根据设备超标情况来选择。
如GB9254规定的信息技术设备，允许电源线端子干扰电压的极限值在150KHz处为66BuV，如超标就要选择合适的EMI电源滤波器。
对于采用线性电源的设备也许问题未必解决，特别是对开关频率较低的开关电源。
因为一般性能的滤波器在20KHz处的插入损耗小于50dB，这是就要考虑选择高性能的多级电路滤波器或用超微晶材料做的滤波器。
超微晶材料的初始磁导率一般是铁氧体材料的5～20倍，所以在同样额定电流条件下，超微晶在20KHz处的插入损耗大于20dB。
因此在体积有严格要求的情况下，易选超微晶材料做的滤波器。
2、额定电流与环境温度。
EMI电源滤波器一般采用高导磁锰锌铁氧体材料，居里点温度不高，优质的约130℃，磁导率越高，居里点温度越低。
居里点就是由铁磁状态开始转为顺磁状态的临界温度点，过居里点后磁导率迅速下降。
因此，要根据工作温度来正确选择滤波器的额定电流。
同时，滤波器务必在有散热作用的机架、机壳上，切忌安装在绝缘材料上。
超微晶材料居里点温度为580℃，因此对于满足工作温度125℃要求的军品EMI电源滤波器，应采用超微晶材料。
3、耐压、漏电流与安全。
（1）国际著名滤波器专业厂说明书中耐压的测试条件：
美国Corcom公司L、N→E直流2250V1minL→N直流1450V1min
瑞士Schaffner公司L、N→E交流2KV1minL→N不测
（2）漏电流于安全
任何典型滤波器电路的共模电容Cy都有一端接金属机壳。
从分压角度看，滤波器金属外壳都带有1/2的额定工作电压，如工作在交流220V，那么外壳就带有110V的电压，因此从安全角度出发，滤波器通过Cy到地端的漏电流要尽可能的小，否则将危及人身安全。
实际上通过人体的漏电流是两倍，所以滤波器漏电流应为一路漏电流的两倍。
设备中使用的滤波器愈多，漏电流愈大，因此千万要加以注意。
（3）应特别说明的问题
A：
漏电流直接和电网电压、电网频率成正比。
因此对于400Hz电网频率要特别注意，否则在相同电网电压的情况下，同一滤波器的漏电流要增加8倍（对于50Hz），很可能不符合安全规程要求。
B：
三相滤波器的漏电流应是各相漏电流之和。
按滤波器电路与插入损耗、额定电流与环境温度、耐压和安全等三个方面来选择EMI电源滤波器，应该是比较合理的。
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