教你如何選擇電源濾波器

　電源濾波器的目的是抑制電磁噪聲，功能就是通過在電源線中接入電源濾波器，得到一個(gè)特定頻率的電源信號(hào)，或消除一個(gè)特定頻率后的電源信號(hào)。在使用的時(shí)候我們就需要了解電源濾波器方面的知識(shí)，這樣可以防止不必要的損失，而在使用的時(shí)候我們還需要了解如何選擇電源濾波器，具體如下：

　　1. 額定電壓

　　額定電壓是電源EMI濾波器用在指定電源頻率時(shí)的工作電壓，也是濾波器最高允許的電壓值。如用在50Hz單相電源 的 濾波器，額定電壓為250V;用在50Hz三相電源的濾波器，額定電壓為440V.若輸入濾波器的電壓過高，會(huì)使內(nèi)部電容器損壞。

　　2.額定電流

　　額定電流（Ir）是在額定電壓和指定環(huán)境溫度條件下所允許的最大連續(xù)工作電流。

　　隨著環(huán)境溫度的升高，或由于電感導(dǎo)線的銅損，磁芯損耗以及周圍環(huán)境溫度等原因?qū)е鹿ぷ鳒囟雀哂谑覝?，這時(shí)候就難以確保插入損耗的性能。我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際可能的最大工作電流和工作環(huán)境溫度來選擇濾波器的額定電流。

　　除特殊說明外，EMI濾波器說明書給出的額定電流均為室溫+25℃（標(biāo)稱溫度）的值，同樣給定的典型插入損耗或曲線也均指+25℃的值。最大工作電流（Imax）、額定電流與溫度之間的存在如下關(guān)系： 字串3 式1.0中：Imax為最大工作電流，Ir為室溫下額定工作電流，Tmax為最高的工作溫度+85℃，Ta為實(shí)際工作溫度，Tr為室溫+25℃。根據(jù)式2.0,Imax/Ir與Ta的關(guān)系舉例說明：+25℃，Imax=Ir;+45℃，Imax=0.816Ir;+85℃，Imax=0. 另外，在國外一些濾波器公司規(guī)定，+40℃（標(biāo)稱溫度）為工作電流值Ir .

　　IEC氣候等級為25/085時(shí)，指定環(huán)境溫度為+40℃（標(biāo)稱溫度）條件下，查取其他環(huán)境溫度所允許的工作電流曲線。

　　影響工作電流和環(huán)境關(guān)系的主要原因之一就是濾波器中的軟磁材料。EMI濾波器一般采用高磁導(dǎo)率軟磁材料錳鋅鐵氧體，初始磁導(dǎo)率μi=7000~10000,但其居里點(diǎn)溫度不高，優(yōu)質(zhì)的僅為130℃左右。磁導(dǎo)率越高，居里點(diǎn)溫度越低，過居里點(diǎn)后磁導(dǎo)率迅速下降，從而導(dǎo)致濾波器中的電感值下降，嚴(yán)重影響濾波效果。 因此要根據(jù)工作溫度來正確選擇電源濾波器的額定電流，或者改善濾波器的散熱條件（工作環(huán)境）來確保濾波器的安裝使用。

　　3.插入損耗

　?。?） 插入損耗定義 插入損耗是EMI電源濾波器最重要的技術(shù)參數(shù)之一，設(shè)計(jì)人員和工程應(yīng)用人員考慮的中心問題就是：在保證濾波器安全、環(huán)境、機(jī)械和可靠性能滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，實(shí)現(xiàn)盡可能高的插入損耗。 濾波器的插入損耗是頻率的函數(shù)，用dB（分貝）表示。電路未接濾波器時(shí)，信號(hào)源在接受電路端電壓（功率）為U（ P），接入濾波器后在接受端輸入電壓（功率）為U（ P） ,定義插入功耗I.L（InsertionLoss）可以用下列方程推導(dǎo)出來： 假設(shè)實(shí)際負(fù)載阻抗在濾波器插入前后保持不變，故1.1式的各功率可以由其相應(yīng)的負(fù)載電壓和阻抗的表達(dá)式來代替： 方程中所表示的插入損耗，需要在任何頻率下通過取下和插入濾波器來進(jìn)行測量。

　?。?）共模損耗與差模損耗 EMI電源濾波器的插入損耗包括共模（表示為CM）插入損耗和差模（表示為DM）插入損耗。關(guān)于它們的具體測試方法，在CISPR第17號(hào)出版物中有過說明，這里就不再說明。例如某個(gè)廠家生產(chǎn)的DNF05-H-6AEMI濾波器，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測得的插入損耗。

　?。?）影響插入損耗的因素 影響電源EMI濾波器插入損耗的因素包括阻抗搭配和安裝。實(shí)際應(yīng)用中， EMI濾波器輸入和輸出端的阻抗已不是測得圖2.3曲線時(shí)的50Ω，所以它對干擾信號(hào)的衰減，不會(huì)等于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或說明書中的給出的插入損耗。如果選用EMI濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)合理，加上安裝得當(dāng)，則有可能實(shí)現(xiàn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定的插入損耗。反之，如果網(wǎng)絡(luò)搭配和參數(shù)的選擇不當(dāng)，安裝又有問題，則有可能得不到好的應(yīng)用效果，反而會(huì)得到相反的效果，如圖2.5出現(xiàn)插入損耗增益。 另外一個(gè)影響因素，就是濾波器的工作溫度和額定工作電流。EMI濾波器的插入損耗測量標(biāo)準(zhǔn)，CISPR第17號(hào)出版物，MIL-STD-220A和GB7343-87所規(guī)定的測量方法中，都一致強(qiáng)調(diào)了要在加載額定電流條件下進(jìn)行它的插入損耗的測量。前文已介紹，這是因?yàn)闉V波器中的電感L用了鐵氧體或其他磁性材料，大電流工作下，磁性飽和狀態(tài)引起性能變壞。如圖2.6是某有問題的EMI濾波器測試情況，曲線①是正常50Ω系統(tǒng)下測試的插入損耗曲線，曲線②是50Ω系統(tǒng)和30A額定電流下測試的插入損耗曲線，兩者比較差別相當(dāng)大。

　　4 .阻抗搭配

　?。?）阻抗搭配的原因 選擇濾波器時(shí)，首先應(yīng)選擇適合你所用的濾波電路和插入損耗性能。首先選擇濾波電路的原因是與濾波器要在匹配條件下工作的傳統(tǒng)概念不同，所謂匹配意味濾波器需在保持輸入/輸出信號(hào)幅度不變（或某一固定比例）的前提下，將其中部分頻譜做預(yù)期的處理或變換，而EMI電源濾波器不同，它是個(gè)以工頻為導(dǎo)通對象的低通濾波器，是在不匹配的條件下工作，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中無法實(shí)現(xiàn)匹配，如濾波器輸入端阻抗RI--電網(wǎng)源阻抗是隨著用電量的大小變化的，濾波器輸出端的阻抗Rl（負(fù)載阻抗）--電源阻抗是隨著電源負(fù)載的大小變化的，要想獲得理想的抑制效果，應(yīng)遵循正確的阻抗搭配。 無論怎樣復(fù)雜的電源EMI濾波器，都可以把它的共模和差模濾波網(wǎng)絡(luò)抽象出來。

　　（2）阻抗失配分析 可以分析出，一般在EMI電源濾波器電路網(wǎng)絡(luò)中，電感L看作高阻元件，電容C看作低阻元件。為了達(dá)到濾波更好的效果，按照濾波器的不匹配原則：如果實(shí)際負(fù)載為感性高阻，則選擇輸出負(fù)載為容性低阻的濾波器；如果實(shí)際負(fù)載為容性低阻，則選擇輸出負(fù)載為感性高阻的濾波器。同樣，對于濾波器的輸入阻抗和電網(wǎng)源阻抗，也應(yīng)該按照阻抗失配原則來選擇濾波器。

　　由式1.4可知，Zo與Rl相差越大，ρ就越大，端口產(chǎn)生的反射也就越大。對被控制的干擾信號(hào)，當(dāng)EMI濾波器兩端阻抗都處于失配狀態(tài)時(shí)，EMI信號(hào)會(huì)在它的輸入和輸出端口產(chǎn)生很強(qiáng)的反射。這樣一來，濾波器對EMI信號(hào)的衰減，等于濾波器的固有插入損耗加上反射損耗。在EMI濾波器的實(shí)際使用中，可用阻抗失配來實(shí)現(xiàn)對EMI信號(hào)更加有效抑制。這就是為什么選用EMI濾波器時(shí)，一定要仔細(xì)分析其端口阻抗的正確搭配，使產(chǎn)生盡可能大的反射，達(dá)到對EMI信號(hào)的有效控制的原因。

　　EMI濾波器對EMI信號(hào)的抑制能力不僅取決于濾波器在50Ω系統(tǒng)內(nèi)測得的插入損耗，還取決于濾波網(wǎng)絡(luò)與EMI信號(hào)源和負(fù)載的正確端接。所以，在選用濾波器時(shí)，要特別注意EMI濾波器上標(biāo)牌內(nèi)容，看其是否準(zhǔn)確標(biāo)出濾波網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。顯然，那種既不提供網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，又沒有給出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的EMI濾波器，給正確端接和優(yōu)化應(yīng)用帶來了麻煩。

　　另外，有的EMI濾波器標(biāo)牌標(biāo)明電源和負(fù)載端接，這可能是為了某特定電子設(shè)備所設(shè)置，沒有普遍意義，最多也只能是制造廠商的建議端接方法之一。應(yīng)用EMI濾波器，要具體分析EMI濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接入電路的等效阻抗，按照以上阻抗搭配原則進(jìn)行端接才能正確達(dá)到預(yù)期目的。

　　從上述我們了解到，在選購的同時(shí)我們須知額定電壓、額定電流、插入損耗等相關(guān)方面?，F(xiàn)今的電子產(chǎn)品都以符合小型化、高性能、高精度、高信賴度、及高反應(yīng)度等為目標(biāo)，使得電路組件的分布密度過高、電路的體積大大的縮小，然而電路便得越精巧，則會(huì)有更多的組件擠在很小的空間當(dāng)中，增加了干擾的機(jī)會(huì)，其中以電磁干擾及噪聲最令人感到困擾。電源濾波器的出現(xiàn)就解決了這個(gè)困擾。