幾種有效開(kāi)關(guān)電源EMI的抑制方案解析

如何正確選用饋通濾波器

隨著電子設(shè)備工作頻率的迅速提高，電磁干擾的頻率也越來(lái)越高，干擾頻率通常會(huì)達(dá)到數(shù)百M(fèi)Hz，甚至GHz以上。由于電壓或電流的頻率越高，越容易產(chǎn)生輻射，因此，正是這些頻率很高的干擾信號(hào)導(dǎo)致了輻射干擾的問(wèn)題日益嚴(yán)重。因此，對(duì)用來(lái)解決輻射干擾的濾波器的一個(gè)基本要求就是要能對(duì)這些高頻干擾信號(hào)有較大的衰減，這種濾波器就是射頻干擾濾波器。普通干擾濾波器的有效濾波頻率范圍為數(shù)kHz數(shù)十MHz，而射頻干擾濾波器的有效濾波頻率范圍從數(shù)kHz到GHz以上。

　　按照傳統(tǒng)方式構(gòu)造的濾波器不能成為射頻濾波器。這是由于兩個(gè)原因：第一個(gè)原因是：圖1中的旁路電容寄生電感較大（導(dǎo)致串聯(lián)諧振，增加了旁路阻抗），導(dǎo)致電容器在較高的頻率并不具有較低的阻抗，起不到旁路的作用。第二個(gè)原因是：濾波器的輸入端和輸出端之間的雜散電容導(dǎo)致高頻干擾信號(hào)耦合，使濾波器對(duì)高頻干擾失去作用。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是用穿心電容作為旁路電容。穿心電容具有非常小的寄生電感，旁路阻抗非常小，并且由于采用隔離安裝方式，消除了輸入輸出端之間的高頻耦合。

　　本樣本中的各種射頻濾波器都是基于穿心電容制造的，并且安裝方式都是饋通形式的（輸入與輸出被金屬板隔離）。

　　雖然本樣本中的射頻濾波器品種很多，但是每一種型號(hào)在設(shè)計(jì)時(shí)都考慮了具體使用場(chǎng)合的要求，使設(shè)計(jì)師能夠在性能、體積、成本等方面獲得滿意的結(jié)果。選擇射頻濾波器需要考慮的因素有：

　　截止頻率：濾波器的插入損耗大于3dB的頻率點(diǎn)稱(chēng)為濾波器的截止頻率，當(dāng)頻率超過(guò)截止頻率時(shí)，濾波器就進(jìn)入了阻帶，在阻帶，干擾信號(hào)會(huì)受到較大的衰減。根據(jù)使用濾波器的場(chǎng)合不同（信號(hào)電纜濾波還是電源線濾波），可以用兩個(gè)方法來(lái)確定濾波器的截止頻率。在對(duì)信號(hào)電纜進(jìn)行濾波時(shí)，根據(jù)有效信號(hào)的帶寬來(lái)確定，截止頻率要大于信號(hào)的帶寬，這樣才能保證有用信號(hào)不被衰減。在對(duì)電源線或直流信號(hào)線，濾波時(shí)，由于有效信號(hào)的頻率很低，信號(hào)失真的問(wèn)題不是主要因素，因此主要根據(jù)干擾信號(hào)的頻率來(lái)定，要使干擾頻率全部落在濾波器的阻帶內(nèi)。濾波器的截止頻率越低，濾波器的尺寸越大，價(jià)格越高，因此沒(méi)有必要時(shí)（干擾的頻率不是很低時(shí)），不要盲目選用截止頻率過(guò)低的濾波器。

　　插入損耗：指濾波器在阻帶的損耗數(shù)值（dB），每一種濾波器都有一張插入損耗與頻率對(duì)應(yīng)的表格，選用濾波器時(shí)，根據(jù)干擾信號(hào)的頻率和需要衰減的程度確定對(duì)插入損耗的要求。需要注意的一點(diǎn)是，產(chǎn)品樣本上給出的插入損耗是在50系統(tǒng)中測(cè)量的，實(shí)際使用條件如果不是50，插入損耗會(huì)有差異。

　　額定電壓：濾波器在正常工作時(shí)能夠長(zhǎng)時(shí)間承受的電壓，要注意正確選用直流和交流品種，在交流應(yīng)用場(chǎng)合絕對(duì)不能使用直流的品種，否則容易發(fā)生擊穿。由于幾乎所有的電磁兼容試驗(yàn)都有脈沖干擾的項(xiàng)目，因此在選用濾波器時(shí)要考慮這種高壓脈沖干擾的作用，耐壓值需要留有一定的富裕量。

　　額定電流：濾波器在正常工作時(shí)能夠長(zhǎng)時(shí)間流過(guò)的電流值，額定電流由濾波器的引線直徑?jīng)Q定，線徑越大，額定電流越大。對(duì)于濾波器組件，額定電流還與電感線圈的飽和特性有關(guān)，當(dāng)電流超過(guò)額定電流時(shí)，濾波器的性能會(huì)下降。

　　工作溫度范圍：濾波器件能保證預(yù)定性能和正常工作時(shí)所處的環(huán)境溫度，本樣本中的濾波器件除了特別標(biāo)出的以外，工作溫度范圍為有-55-+125C。

　　濾波器的體積：濾波器的體積與濾波器的額定工作電壓、工作電流、截止頻率、插入損耗以及制造工藝有關(guān)。電氣性能基本相同的濾波器，由于不同的制造工藝而導(dǎo)致不同的體積，電氣性能接近時(shí)，體積較大的濾波器價(jià)格較低（適合安裝空間較大的場(chǎng)合）。

　　射頻濾波器的安裝方式對(duì)濾波器的性能有很大影響。首先射頻干擾濾波器必須以金屬板為隔離板，將濾波器的輸入和輸出隔離開(kāi)。其次，濾波器要與金屬板之間保持低阻抗的接觸，以保證濾波電容的旁路效果。最好將濾波器安裝在鍍錫或鋅的鋁板或鋼板上。為了保證可靠的連接，一般要在濾波器的安裝法蘭與隔離板之間安裝內(nèi)齒墊片，而不能使用導(dǎo)電膠之類(lèi)的物質(zhì)來(lái)達(dá)到可靠連接的目的。需要注意的問(wèn)題是，不同金屬的接觸面之間會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致接觸阻抗增加。有些設(shè)備經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后，干擾情況變得嚴(yán)重，就是由于濾波器的接地阻抗增加導(dǎo)致的。特別是當(dāng)濾波器的低頻濾波效果降低時(shí)，要考慮這種因素。

　 濾波器類(lèi)型

　　C 型饋通濾波器

　　是一種避免高頻對(duì)地的噪音干擾的低自感應(yīng)裝置，成本低廉，適合應(yīng)用于高阻抗源和高負(fù)載的場(chǎng)合。

　　L 型濾波器

　　這是款帶有電感元件和電容元件的饋通濾波器，這種濾波器典型用于帶有低阻抗源和高阻抗負(fù)載的電路中，反之亦然。注意：其電感元件應(yīng)當(dāng)面向低阻抗源。

　　Pi 型濾波器

　　Pi型濾波器是由兩個(gè)電容元件和在兩個(gè)電容元件之間的一個(gè)電感元件組成，對(duì)阻抗源和負(fù)載均表現(xiàn)為低阻抗。Pi型濾波器比C型，L型結(jié)構(gòu)提供更好的高頻濾波性能。

　　T型濾波器

　　T型濾波器由兩個(gè)電感元件和一個(gè)電容元件組成。其電路結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為從任何一端的輸入均為高阻抗。它和Pi型濾波結(jié)構(gòu)相似，但沒(méi)有Pi型濾波器應(yīng)用廣泛，可應(yīng)用于開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。