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模塊電源噪聲濾波器的應用和基本原理

來源: 發布時間:2022-01-24 10:22:05 次瀏覽

在復雜的電磁環境里,都要求電子設備及模塊電源具有更高的電磁兼容性,于是克制電磁干擾的技術越來越受到正視。接地、屏蔽和濾波是克制電磁干擾的三大措施,下面重要介紹在模塊電源中應用的EMI濾波器和基本原理。

 

在220V/50Hz交流電網或115V/400Hz交流發電機中都存在各式各樣的EMI噪聲,其中人為的EMI干擾源,例如各種雷達、導航、通訊等設備的無線電發射旌旗燈號,會在電源線上和電子設備的連接電纜上感應出電磁干擾旌旗燈號。電動旋轉機械和點火體系會在感性負載電路內產生瞬態過程和輻射噪聲干擾,還有天然干擾源,比如雷電放電征象和宇宙中天電干擾噪聲,前者的持續時間短但能量很大,后者的頻率范圍很寬。另外電子電路元器件自己工作時也會產生熱噪聲,這些電磁干擾噪聲,通過輻射和傳導耦合的體例,會影響在此環境中運行的各種電子設備的正常工作。

 

另一方面,電子設備在工作時也會產生各種各樣的電磁干擾噪聲。比如數字電路是采用脈沖旌旗燈號(方波)來透露表現邏輯關系的,對其脈沖波形進行分析可知,其諧波頻譜范圍很寬。另外在數字電路中還有多種重復頻率的脈沖串,這些脈沖串包含的諧波更雄厚,頻譜更寬,產生的電磁干擾噪聲也更復雜。各類穩壓模塊電源自己也是一種電磁干擾源,在線性穩壓模塊電源中,因整流而形成的單向脈動電流也會引起電磁干擾。開關模塊電源具有體積小,服從高的好處,在當代電子設備中應用越來越廣泛。但是由于它在功率變換時處于開關狀況,自己就是很強的EMI噪聲源,其產生的EMI噪聲既有很寬的頻率范圍,又有很高的強度。這些電磁干擾噪聲也同樣通過輻射和傳導的體例污染電磁環境,從而影響其它電子設備的正常工作。

 

對電子設備來說,當EMI噪聲影響到模仿電路時,會使旌旗燈號傳輸的信噪比變壞,緊張時會使要傳輸的旌旗燈號被EMI噪聲所吞沒,而無法進行處理。當EMI噪聲影響到數字電路時,會引起邏輯關系出錯,導致錯誤的效果。對于模塊電源設備來說,其內部除了功率變換電路以外,還有驅動電路、控制電路、珍愛電路、輸入輸出電平檢測電路等,電路相稱復雜。這些電路重要由通用或專用集成電路構成,當受電磁干擾而發生誤動作時,會使模塊電源制止工作,導致電子設備無法正常工作。

 

另外,從電源輸入端進入的EMI噪聲,其一部分可出如今電源的輸出端,它在模塊電源的負載電路中會產生感應電壓,成為電路產生誤動作或干擾電路中傳輸旌旗燈號的緣故原由。這些題目可以用噪聲濾波器來加以防止。

 

在電源設備中采用噪聲濾波器的作用如下:

1、防止外來電磁噪聲干擾電源設備自己控制電路的工作

2、防止外來電磁噪聲干擾電源的負載的工作

3、克制電源設備自己產生的EMI

4、克制由其它設備產生而經過電源傳播的EMI,模塊電源自己在工作時以及電子設備處于開關工作狀況時,都會在電源設備的輸入端出現終端噪聲,產生輻射及傳導干擾,也會進入交流電網干擾其它的電子設備,所以必須采取有用措施加以克制。

 

在克制EMI噪聲的輻射干擾方面,電磁屏蔽是一種體例。而在克制EMI噪聲的傳導干擾方面,采用EMI濾波器是很有用的手段,當然應配合優秀的接地措施。在國際上各個國家都執行了嚴酷的電磁噪聲限定規則,因此,在模塊電源中必須要設計使用知足要求的噪聲濾波器。

 

模塊電源設備輸入引線上存在共模噪聲和差模噪聲,把在交流輸入引線與地之間存在的EMI噪聲叫作其共模噪聲,它可看作為在交流輸入線上傳輸的電位相稱、相位雷同的干擾旌旗燈號。把交流輸入引線之間存在的EMI噪聲叫作差模噪聲,它可看作為在交流輸入線傳輸的相位差180°的干擾旌旗燈號。共模噪聲是從交流輸入線流入大地的干擾電流,差模噪聲是在交流輸入線之間流動的干擾電流。對任何電源輸入線上的傳導EMI噪聲,都可以用共模和差模噪聲來透露表現,并且可把這兩種EMI噪聲看作自力的EMI源來分別克制。

 

在對電磁干擾噪聲采取克制措施時,重要應考慮克制共模噪聲,由于共模噪聲在全頻域分外在高頻域占重要部分,而在低頻域差模噪聲占比例較大,所以應根據EMI噪聲的這個特點來選擇適當的EMI濾波器。模塊電源的噪聲濾波器可分為一體化式和分立式。一體化式是將電感線圈、電容器等封裝在金屬或塑料外殼中。分立式是在印制板上安裝電感線圈、電容器等,構成克制噪聲濾波器。

 

模塊電源EMI噪聲濾波器是一種無源低通濾波器,它無衰減地將交流電傳輸到電源,而大大衰減隨交流電傳入的EMI噪聲。同時又能有用地克制電源設備產生的EMI噪聲,阻止它們進入交流電網干擾其它電子設備。單相交流電網噪聲濾波器它是由集中參數元件組成的四端無源網絡,重要使用的元件是共模電感線圈、差模電感、共模電容及差模電容。

 

共模電感線圈用來衰減交流進線上的共模噪聲,一樣平常是在閉合磁路的鐵氧體磁芯上同向卷繞雷同匝數,接入電路后在兩個線圈內交流電流產生的磁通相互抵消北京人事考試網站,不致使磁芯引起磁通飽和,又使這兩個線圈的電感值在共模狀況下較大,且保持不變。差模電感線圈與差模電容構成交流進線自力端口間的一個低通濾波器,用來克制交流進線上的差模干擾噪聲,防止電源設備受其干擾。模塊電源噪聲濾波器是無源網絡,它具有雙向克制性能。將它插入在交流電網與電源之間,相稱于這二者的EMI噪聲之間加上一個阻斷屏障,如許一個簡單的無源濾波器起到了雙向克制噪聲的作用,從而在各種要求高的電子設備中廣泛應用。

 

共模電感線圈使用的磁芯有環形、E形和U形等,材料一樣平常采用鐵氧體,環形磁芯適用于大電流小電感量,它的磁路比E形和U形長,沒有間隙,用較少的圈數可獲得較大的電感量,因為這些特點它具有較佳的頻率特征。而E形磁芯的線圈走漏磁通小,故當電感漏磁有可能影響其它電路或其它電路與共模電感有磁耦合,而不能獲得所必要的噪聲衰減結果時應考慮采用E形磁芯作成共模電感。差模電感線圈一樣平常采用金屬粉壓磁芯,因為粉壓磁芯適用頻率范圍較低,在幾十kHz~幾MHz,其直流重疊特征好,在大電流應用時電感量也不會大幅降落,適合作為差模電感。

 

模塊電源噪聲濾波器使用二種電容,它們在濾波器中的作用不同,還有不同的安全等級要求,因此其性能參數直接與濾波器的安全性能有關。差模電容接在交流電進線兩端,它上面除加有額定交流電壓以外,還會疊加交流進線之間存在的各種EMI峰值電壓。所以該電容器的耐壓及耐瞬態峰值電壓的性能要求較高,同時要求該電容器失效后,不能危及后面電路及人身安全。電容器的安全等級又分為X1和X2兩類,X1類適用于一樣平常場合,X2類適用于會出現高的噪聲峰值電壓的應用場合。

 

共模電容接在交流電進線與機殼地之間,要求它們在電氣和機械性能上,應有充足大的安全余量百度排名,萬一它們發生擊穿短路,將使設備機殼帶上傷害的交流電,如設備的絕緣或接地珍愛失效,可能使操作人員遭受電擊,甚至危及人身安全。因此對電容器的容量要進行限定,使其在額定頻率的電壓下漏電流小于安全規范值。另外還要求其應有充足的耐壓及耐瞬態岑嶺值電壓的余量,并且萬一發生電壓擊穿它應處于開路狀況,而不會使設備機殼帶電。

 

電網濾波器漏電流定義為:在額定交流電壓下,濾波器外殼到交流進線任一端的電流。假如濾波器的所有端口與外殼之間是完全絕緣的,則漏電流的值,重要取決于共模電容的漏電流,即重要取決其容量。因為濾波器漏電流的大小,涉及到人身安全,國際上各國對此都有嚴酷的標準規定。對于220V/50Hz交流電網供電,一樣平常要求噪聲濾波器的漏電流小于1mA。

 

對于交流電網噪聲濾波器,試驗電壓分為兩種:一種是加在交流進線兩端,即線-線試驗電壓。若電感線圈及引線是絕緣優秀的,它重要取決于電容器的耐壓。另一種是加在交流進線任一端與機殼地之間,即線-地試驗電壓。漏電流和試驗電壓都是噪聲濾波器的安全性能參數,是濾波器中電感線圈、絕緣和電容器安全性能的詳細體現,并且與設備及人身安全緊密相干。

 

插入損耗是噪聲濾波器的緊張技術參數之一,在設計和選用時應予重要考慮。在濾波器的安全、常規電氣性能、環境及機械等條件都知足要求時,應盡量選擇插入損耗值大些。由于電源噪聲濾波器能衰減共模和差模噪聲,所以它即有共模插入損耗,又有差模插入損耗。在現實選用濾波器時,應細致產品手冊給出的插入損耗曲線,都是按照標準規定,在其輸入和輸出阻抗都為50Ω條件下測得的。由于現實的濾波器兩端阻抗不肯定在全頻率范圍內是50Ω,所以它對EMI旌旗燈號的衰減,并不等于產品手冊中給出的插入損耗值。分外當使用安裝不當時新疆人事考試信息網,還會遠遠小于標準給定的插入損耗。

 

電源噪聲濾波器是一種具有互易性的無源網絡,在現實應用中為使它有用地克制噪聲應合理配接。當濾波器的輸出阻抗與負載阻抗不相稱時,在此端口上會產生反射,兩個阻抗相差越大,端口產生的反射也越大。當濾波器兩端阻抗都與外部阻抗不相稱時,則EMI旌旗燈號將在其輸入和輸出端都產生反射。這時電源濾波器對電磁干擾噪聲的衰減,就與濾波器固有的插入損耗和反射損耗有關,可行使這點更有用地克制電磁干擾噪聲。在現實設計和選擇使用EMI濾波器時,要細致濾波器阻抗的精確連接,以造成盡可能大的反射,使濾波器在很寬的頻率范圍內造成較大的阻抗失配,從而得到更好的電磁干擾克制性能。

 

在電源濾波器的現實應用中,要求其外殼與體系地之間有優秀的電氣連接,且應使接地線盡量短,由于過長的接地線會加大接地電阻和電感,而緊張減少濾波器的共??酥颇芰?,同時也會產生公共接地阻抗耦合的題目。減小公共阻抗耦合的方法就是借助設備的電磁屏蔽賀眾牌,把噪聲濾波器的輸入端與輸出端隔脫離,同時濾波器的接地線要盡量短,如許既把濾波器輸入與輸出端間存在的電磁耦合降到程度,又不破壞設備的屏蔽結構對于電磁干擾噪聲的克制作用。

 

電源噪聲濾波器的使用應細致如下幾點:

1、濾波器應盡量靠近設備交流電入口處安裝,應使未經過濾波器的交流進線在設備內盡量短

2、濾波器中的電容器引線應盡可能短,以免引線感抗和容抗在較低頻率上產生諧振

3、濾波器接地線上有大的電流流過,會產生電磁輻射,應對濾波器進行優秀的屏蔽和接地

4、濾波器的輸入線和輸出線不能捆扎在一路,布線時盡量增大其間距離,以減小它們之間的耦合,可加隔板或屏蔽層。

 

電磁干擾濾波器的設計和選用,重要依據噪聲干擾特征和體系電磁兼容性的要求,在了解電磁干擾的頻率范圍,估計干擾的大致量級的基礎上進行。首先要了解濾波器的使用環境、使用電壓、負載電流、環境溫濕度、振動沖擊、安裝體例和位置等,還要重點考慮其安全性能參數。應根據接入電路的要求,以產生阻抗不匹配的原則來選擇濾波器的網絡結構和參數。到底采用哪種情勢要根據成本、特征、安裝空間等來確定。一體化式成本高,特征較好,安裝天真。分立式成本較低,但結果沒那么好,可自由分配在印制板上。

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