【導(dǎo)讀】要想深入了解EMI濾波技術(shù)就要首先知道電源線上的干擾，本文涵蓋電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，分析電磁干擾的類型、電源線濾波器的基本原理，總結(jié)了電源線用EMI濾波的關(guān)鍵技術(shù)。

 

　　如果用示波器觀察一下電力電網(wǎng)，會發(fā)現(xiàn)50Hz的電壓上疊加著各種各樣的干擾電壓，既有mV級的連續(xù)干擾，也有數(shù)百V甚至上千V的瞬態(tài)干擾。這些干擾對電網(wǎng)中的設(shè)備會產(chǎn)生不同程度的影響。這些干擾是從哪里來的呢？

 

　　我們可以將這些干擾分為自然干擾源和人為干擾源。典型的自然干擾源是雷電，空中發(fā)生雷電時，會伴隨著強大的電磁場，電磁場會在空中的導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電 壓，這就是干擾。雷電產(chǎn)生的干擾是如此之大，不僅能導(dǎo)致設(shè)備誤動作甚至造成電路損壞。人為干擾源可以分為以下兩種：

 

　　●功能性能量發(fā)射設(shè)備：這類設(shè)備靠發(fā)射能量工作，如無線電設(shè)備、雷達(dá)等，他們輻射到空間的能量會感應(yīng)到電力線上，形成干擾。另外，這些設(shè)備也會通過電源線直接將能量泄漏到電網(wǎng)上。

 

　　●非功能性發(fā)射設(shè)備：這類設(shè)備不依靠發(fā)射能量實現(xiàn)特定功能。但它們工作時，會向外發(fā)射額外的電磁能量。與工業(yè)、醫(yī)學(xué)上使用的高頻儀器、信息處理設(shè)備、含馬 達(dá)的家用電器、使用可控硅的家用電器、開關(guān)電源等。這些設(shè)備在工作時會向空間和電網(wǎng)上發(fā)射電磁能量。

 

　　以往，當(dāng)設(shè)備在干擾的作用下發(fā)生誤動作時，人們往往會將注意力集中到提高設(shè)備抗干擾性上，想方設(shè)法使設(shè)備能夠在干擾環(huán)境中正常工作。但這不是一個徹底的解 決辦法。就象人們意識到汽車尾氣造成的污染會導(dǎo)致疾病，為了能夠生存，雖然可以上街時戴上口罩，但這不是根本的解決辦法。徹底的方法應(yīng)該是控制尾氣排放， 形成一個良好的生存環(huán)境。

 

　　同樣，對于日趨嚴(yán)重的電磁污染，根本的解決方法是限制設(shè)備的電磁泄漏。另一方面，對于設(shè)備在電磁干擾環(huán)境中正常工作的能力也需要一個定量的規(guī)定，這就導(dǎo)致 了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生。國家現(xiàn)在已將電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)作為強制性標(biāo)準(zhǔn)實施，不滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品不能銷售。

 

　　電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)（GB9254,GB4343,GJB151A等）的內(nèi)容：

 

　　1. 干擾發(fā)射：輻射發(fā)射；傳導(dǎo)發(fā)射

 

　　2. 敏 感 度：輻射敏感度；傳導(dǎo)敏感度；靜電放電敏感度

 

　　電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備提出兩個方面的要求，首先不能向空間環(huán)境發(fā)射過強的電磁能量，其次要對環(huán)境中的電磁干擾有一定的耐受能力。

 

　　2.電源線濾波器的作用

 

　　很多人認(rèn)為電源線濾波器的作用是使設(shè)備能夠電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中對傳導(dǎo)發(fā)射傳導(dǎo)敏感度的要求，但這是不全面的；后面將看到電源線濾波器對抑制設(shè)備產(chǎn)生較強的輻射 干擾方面也很重要。嚴(yán)格的說，電源線濾波器的作用是防止設(shè)備本身產(chǎn)生的電磁干擾進入電源線，同時防止電源線上的干擾進入設(shè)備。電源線濾波器是一種低通濾波 器，它允許直流或50Hz的工作電流通過，而不允許頻率較高的電磁干擾電流通過。。電源線濾波器是雙向的，它既能防止電網(wǎng)上的干擾進入設(shè)備，對設(shè)備產(chǎn)生不 良影響，使設(shè)備滿足傳導(dǎo)敏感度的要求；又能防止設(shè)備內(nèi)的電磁干擾通過電通過電源線傳到電網(wǎng)上，使設(shè)備滿足傳導(dǎo)發(fā)射的要求。

 

　　能夠產(chǎn)生較強干擾的設(shè)備和對外界干擾敏感的的設(shè)備都要使用電源線濾波器。能夠產(chǎn)生強干擾的的設(shè)備有：含有脈沖電路（微處理器）的設(shè)備、使用開關(guān)電源設(shè)備、 使用可控硅設(shè)備、變頻調(diào)速設(shè)備、含有馬達(dá)的設(shè)備等。敏感電路如：使用微處理器的設(shè)備、小信號模擬電路等。

 

　　3.電源線上干擾的類型

 

　　電源線上的干擾電流按照其流動路徑分為兩類，一類是差模干擾電流，另一類是共模干擾電流。差模干擾電流是在火線和零線之間流動的干擾電流，共模干擾是在火 線、零線與大地（或其它參考物體）之間流動的干擾電流，由于這兩種干擾的抑制方式不同，因此正確辨認(rèn)干擾的類型是實施正確濾波方法的前提。區(qū)分干擾電流是 差模還是共模可以從三個方面進行判斷：
[page]

 

　　a. 從干擾源判斷：

 

　　雷電、設(shè)備附近發(fā)生的電弧、設(shè)備附近的電臺和其它大功率輻射裝置在電源線上產(chǎn)生的干擾是共模干擾；另外，如果發(fā)現(xiàn)電源線上的干擾是來自機箱內(nèi)的線路板或其 它電纜，則為共模干擾；這是因為通過空間感應(yīng)在火線和零線上的干擾電流是同相位的。在同一電力線上工作的馬達(dá)、開關(guān)電源、可控硅等會在電源線上產(chǎn)生差模干 擾。

 

　　b. 從頻率上判斷

 

　　差模干擾的頻率主要集中在1MHz以下，而共模干擾的頻率一般分布在1MHz以上。這是由于共模干擾是通過空間感應(yīng)到電源線上的，這種感應(yīng)只有在干擾信號頻率很高時才容易發(fā)生。

 

　　c. 用儀器測量

 

　　如果有一臺頻譜分析儀和一只電流卡鉗就可以進行測量。電流卡鉗實際上是一個繞在磁芯上的線圈，當(dāng)被測電纜穿過卡鉗時，就形成了一個變壓器；被測導(dǎo)體相當(dāng)于 變壓器初級，卡鉗中的線圈相當(dāng)于變壓器次級，電纜上的信號會耦合到卡鉗中的線圈上，用頻譜分析儀可以檢測出來。

 

　　判斷步驟如下：

 

　　● 步驟一：將卡鉗卡在火線或零線上，記錄下某個感興趣頻率的干擾信號的強度l（f1）

 

　　●步驟二:將卡鉗同時卡住火線或零線，若觀察不到l（f1），則l（f1）完全是差模干擾，其中不含共模成份；，若還能觀察到l（f1），則l（f1）中包含共模干擾成份，要判斷是否僅含共模成份，需進行步驟三的判別。

 

　　●步驟三：將卡鉗分別卡住火線或零線，若兩根線上測得的l（f1）的幅度相同，則l（f1）僅含共模成份；若不相同，則l（f1）中還包含差模成份。

 

　　4. 電源線濾波器的基本原理

 

　　電源線濾波器是由電感和電容組成的低通濾波電路所構(gòu)成，它允許直流或50Hz電流通過，對頻率較高的干擾信號則有較大的衰減。由于干擾信號有差模和共模兩種，因此電源濾波器要對這兩種干擾都具有衰減作用。

 

　　地線一般是金屬機箱，當(dāng)設(shè)備機箱不是金屬材料時，濾波器的地線一般與安全地相連；但由于安全地的阻抗很大，濾波器對共模干擾的衰減效果將大大降低。

 

　　5. 電源線濾波器的主要指標(biāo)

 

　　當(dāng)我們選用電源線濾波器時，應(yīng)主要考慮三個方面的指標(biāo)；首先是電壓/電流，其次是插入損耗，最后是結(jié)構(gòu)尺寸。由于濾波器內(nèi)部一般是經(jīng)過灌封處理的，因此環(huán) 境特性不是主要問題。但是所有的灌封材料和濾波電容器的溫度特性對電源濾波器的環(huán)境特性有一定的影響。

 

　　a）電壓、電流對使用效果的影響

 

　　電源有交流直流之分，與此相對應(yīng)，許多廠家的電源線濾波器也分為交流和直流兩種。從原理上講，交流電源線濾波器既可用在交流電源上，也可在直流電源上使 用；但直流電源線濾波器不能用在交流的場合，這主要因為直流濾波器中的電容器的耐壓較低，并且有可能其交流損耗較大，導(dǎo)致過熱。即使直流濾波器耐壓沒有問 題，由于直流濾波器中使用了容量較大的共模濾波電容器，如果在交流的場合會產(chǎn)生漏電流超標(biāo)的問題。因此，直流電源線濾波器絕對不能用在交流的場合。交流濾 波器用在直流場合，從安全的角度看沒有問題，但要付出成本和體積的代價；在樣機階段，如果手頭正好有交流濾波器，可以代替直流濾波器。

 

　　當(dāng)電源線濾波器的工作電流超過額定電流時，不僅會造成濾波器過熱，而且會導(dǎo)致濾波器的低頻濾波性能降低。這是因為濾波器中的電感在較大電流的情況下，磁芯 會發(fā)生飽和現(xiàn)象，使實際電感量減小。因此，確定濾波器的額定工作電流時，要以設(shè)備的最大工作電流為準(zhǔn)，確保濾波器在最大電流狀態(tài)下具有良好的性能，否則當(dāng) 干擾在最大工作電流狀態(tài)下出現(xiàn)時，設(shè)備會受到干擾或傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)。

 

　　在確定濾波器的額定電流時，要留有一定的余量；特別是人們習(xí)慣上對交流電稱“有效值”，而不是交流電的“峰值”，留有一定余量是非常有必要的。一般濾波器的額定電流值應(yīng)取實際電流值的1.5倍。

[page]

 

　　b) 插入損耗對使用效果的影響：

 

　　從抑制干擾的角度考慮，插入損耗是最重要的指標(biāo)。插入損耗分為差模插入損耗和共模插入損耗。

 

　　6.影響電源線濾波器外形尺寸的因素

 

　　由于許多設(shè)備在設(shè)計之出并沒有考慮干擾濾波的問題，因此安裝濾波器的空間往往是一個很棘手的問題、。即使在設(shè)計時考慮到了電磁兼容的問題，人們往往會認(rèn)為 電源線濾波器是一個可有可無的選裝件，不愿意提供較大的空間。由此造成人們在選用濾波器時，經(jīng)常將濾波器的體積作為一項重要的指標(biāo)來考慮，總是希望濾波器 的體積越小越好。

 

　　為什么兩個濾波器的額定電流都是10A，而它們的體積會相差很多？你會毫不猶豫的選擇體積較小的一種？濾波器的體積主要由濾波電路中的電感所決定，電感線圈的體積越大，濾波器的體積越大。以下因素影響電感的體積：

 

　　a)額定電流：當(dāng)濾波器的額定工作電流較大時，電感線圈會使用較粗的導(dǎo)線繞制，這自然會增加體積；另外，為防止磁芯發(fā)生磁飽和現(xiàn)象，往往要使用體積較大的磁芯，這會增加體積；

 

　　b)低頻特性：當(dāng)需要濾波的干擾信號頻率較低時，共模扼流圈和差模扼流圈的電感量都需要很大，導(dǎo)致電感元件的體積增加。例如開關(guān)電源的頻率越低，則需要濾波器中的電感量越大；

 

　　表-1 給出了濾波器中共模電感與電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和開關(guān)電源頻率的關(guān)系。

 

　　通過以上的分析，你是否還在刻意的追求濾波器的體積??？體積小的濾波器已使用了體積小的電感元件，它的電感為什么能?。渴菭奚穗娏魅萘?，還是犧牲了低頻特性？付出這些代價后，是否還能滿足最核心的要求——抑制電磁干擾？

 

　　另外，當(dāng)濾波器的體積較小時，內(nèi)部器件一定靠得很近，這會降低濾波器的高頻濾波性能，導(dǎo)致設(shè)備的輻射發(fā)射超標(biāo)。這在實際使用中要特別注意

 

　　表-1

 

　　電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)

 

　　共模電感的電感量（mH）

 

　　7.選用電源線濾波器是怎樣確定所需要的插入損耗

 

　　首先在設(shè)備的電源入口處不安裝濾波器，對設(shè)備進行傳導(dǎo)發(fā)射和傳導(dǎo)敏感度的測量，并與要滿足的標(biāo)準(zhǔn)進行比較，看兩者之間相差多少分貝，濾波器的作用是彌補上 這個差距。以抑制設(shè)備的傳導(dǎo)發(fā)射為例，給出了確定濾波器插入損耗的過程。首先將設(shè)備的傳導(dǎo)發(fā)射值最大包絡(luò)線（a）與標(biāo)準(zhǔn)給出的限制值線（b）相比較，計算 其差值得到需要的插入損耗值（c）。由于電源線濾波器是低通濾波器將插入損耗線（c）變換為低通濾波器插入損耗的形式（d），（d）就是濾波器需要的插入 損耗值。

 

　　注意: （d）并不是低頻濾波器的特性，而是一個帶阻濾波器的特性，這是考慮到實際濾波器的非理想性（見下一節(jié)）。

 

　　但如果從廠家的產(chǎn)品樣本上選擇插入損耗值滿足（d）的濾波器，十有八九會失敗。因為廠家產(chǎn)品樣本上的數(shù)據(jù)是在濾波器兩端阻抗為50Ω的條件下測得的，而實 際使用條件并不是這樣。因此在實際使用條件下，濾波器的插入損耗會有所降低。為了保險起見，在從產(chǎn)品樣本中選擇濾波器時，應(yīng)加20dB的余量，這就得到了 （e）。從樣本上選擇濾波器，其插入損耗應(yīng)滿足（e）的要求。

 

　　8.實際電源線濾波器與理想濾波器的差距

 

　　理想的電源線濾波器是低通濾波器，但實際的電源線濾波器通常是帶阻濾波器。造成這種差別的原因是電容器和電感器的非理想性。[page]

 

　　電容器的引線是有電感的，而電感線圈上又存在著寄生電容，盡管這些電感、電容很小，但當(dāng)頻率較高時，它們的影響是不能忽略的。因此由實際電感、電容器構(gòu)成的低通濾波器電路在頻率較高時，就變成了一個帶阻濾波器電路。

 

　　此外，高頻時器件之間的耦合也是造成濾波器在高頻區(qū)間插入損耗減小的一個原因。從圖可以看到，器件之間的距離對濾波器的高頻性能有很大的影響。這種影響在1MHz時就已經(jīng)很明顯了。

 

　　因此，即使濾波器的電路結(jié)構(gòu)完全相同，由于器件的特性不同、器件的安裝方式的不同、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，它們的高頻性能會差很多。濾波器的電路結(jié)構(gòu)僅決定了濾 波器的低頻特性。要想提高濾波器的高頻性能，生產(chǎn)時需要從許多方面注意制作工藝，如選用電感小的電容器、制作寄生電容小的電感、焊接時電容器的引線盡量 短、在內(nèi)部采取適當(dāng)?shù)母綦x等。

 

　　9. 電源線濾波器高頻插入損耗的重要性

 

　　許多人認(rèn)為，既然傳導(dǎo)發(fā)射極限值的頻率上限30MHz，那么就沒有必要對濾波器的高頻衰減提出要求。這是一個誤解，也正是存在這種錯誤的概念讓許多人在使設(shè)備滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的過程中走了很長彎路，浪費了大量的時間和經(jīng)費。

 

　　由于設(shè)備上的電纜是高效的輻射天線，當(dāng)電纜上有高頻傳導(dǎo)電流時，會產(chǎn)生強烈的輻射，使設(shè)備不能滿足輻射發(fā)射極限值的要求。因此，當(dāng)電源線上有高頻干擾電流 時，同樣也會產(chǎn)生輻射，使設(shè)備的輻射發(fā)射超標(biāo)。對于一個沒有電磁兼容經(jīng)驗的人來說，這個問題是很難發(fā)現(xiàn)的；因為當(dāng)他所開發(fā)的設(shè)備輻射發(fā)射超標(biāo)時，它會從機 箱、信號電纜等環(huán)節(jié)檢查（這是許多教科書和培訓(xùn)班中所介紹的），而根本想不到會是電源線的問題。

 

　　特別是設(shè)備的電源線傳導(dǎo)發(fā)射已經(jīng)滿足了標(biāo)準(zhǔn)要求時，它絕想不到應(yīng)再次檢查電源線是否有問題，所以，電源線濾波器的高頻特性是十分重要的。

 

　　特別提示：當(dāng)設(shè)備的輻射發(fā)射不合格時，別忘記檢查電源線的共模傳導(dǎo)發(fā)射，很多場合輻射發(fā)射的超標(biāo)時由于電源線上的共模電流造成的。

 

　　10.將電源線濾波電路直接安裝在線路板上的利與弊

 

　　電源線濾波器的電路是如此簡單，一個誘人的想法是直接將濾波電路安裝在線路板上的電源線入口處，這樣既能夠節(jié)省空間，又能夠降低成本；另外，由于濾波器的 實際衰減特性與它所連接的網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，因此在實際使用中不可避免地要對濾波器的參數(shù)要進行調(diào)整；將濾波器安裝在線路板上，能夠很方便的按照電路情況進行調(diào) 整。

 

　　將濾波電路直接安裝在線路板上從電路的角度看是完全可行的，但是從電磁干擾濾波的實際情況看，有些問題。首先，如果希望濾波器具有良好的高頻特性（其重要 性前面已經(jīng)論述），Y電容的引線必須短，且應(yīng)直接連接到金屬殼上；當(dāng)濾波電路器件安裝在線路板上時，這一點是很難做到的，除非在設(shè)計線路板和安裝結(jié)構(gòu)時考 慮這個問題。其次，機箱內(nèi)線路板、電纜產(chǎn)生的輻射會直接感應(yīng)到濾波器電路上的各個部位，導(dǎo)致濾波器電路失效。這個問題在高頻時尤為突出。從理論上講，只要 能夠妥善解決以上的兩個問題，將濾波電路直接安裝在線路板上是完全可以的。

 

　　11.一個靈活的方案

 

　　如上所述，將濾波電路直接安裝在線路板上有許多好處；特別是設(shè)備功率較大或干擾頻率較低時（電源線濾波器的體積往往較大）、將濾波電路直接安裝在線路板上的方案更值得考慮。但是要解決上面所提到的高頻濾波問題，又是一個難點。

 

　　為了使設(shè)計人員方便的解決這個問題，本公司提供的方案是關(guān)鍵的器件安裝在機箱面板上的內(nèi)含電容濾波網(wǎng)絡(luò)的插座。這個插座內(nèi)部安裝了共模扼流圈和濾波電容 器，電容器的安裝嚴(yán)格遵循引線最短、前后隔離的原則。之所以僅使用共模濾波網(wǎng)絡(luò)，是因為差模干擾已被線路板上的濾波器濾除，感應(yīng)到電源端口上的都是共模電 流。

 

　　按照用戶的特殊要求，濾波電容可以采用穿心電容；當(dāng)使用穿心電容時可以將濾波的有效頻率范圍提高到1GHz以上。

 

　　12. 電源線濾波器的正確安裝方法

 

　　電源線濾波器從外觀上看是一個兩端口網(wǎng)絡(luò)，許多人認(rèn)為只要按照接線圖將濾波器串在設(shè)備和電源之間就可以了。這是一個十分錯誤的概念。下面通過講幾種連接方法的錯誤所在，使你了解和掌握應(yīng)該怎樣正確的安裝電源線濾波器。

[page]

　　a）電源輸入線過長

 

　　這是一個很常見的錯誤；人們在安裝濾波器時，通常并不注意安裝位置，而是在機箱內(nèi)隨便找一個方便的位置，將濾波器固定好，然后將導(dǎo)線連接上，這樣就容易犯 圖示錯誤；這里的錯誤是濾波器的電源輸入端導(dǎo)線過長，其后果是電網(wǎng)上的干擾進入設(shè)備后，還沒有經(jīng)過濾波器，就通過空間耦合到線路板上，對電路造成干擾。而 設(shè)備內(nèi)的干擾會直接感應(yīng)到電源線上，傳出設(shè)備。一定要記住，我們所涉及的電磁干擾都是頻率較高的，它們極易輻射和通過空間耦合。

 

　　發(fā)生這種錯誤的另一種情況是，大部分設(shè)備的電源輸入口安裝在設(shè)備后面板，而電源開關(guān)、指示燈等元件安裝在設(shè)備的前面板；這樣電源線進入設(shè)備前面板后，先連 接到前面板，然后再連接到濾波器上；這時，盡管濾波器據(jù)電源線入口很近，但是仍會出現(xiàn)同樣的錯誤。

 

　　特別提示：不僅濾波器安裝的位置要靠近電源線的入口，而且濾波器的電源輸入線要短

 

　　b）濾波器輸入線、輸出線靠的過近：

 

　　濾波器的輸入線和輸出線捆扎在一起。這樣，高頻干擾信號實際會通過輸入線和輸出線發(fā)生耦合，而將濾波器旁路掉。

 

　　c）濾波器接地不良：

 

　　首先，我們必須明確濾波器的外殼必須“接地”，即必須接金屬或屏蔽機箱，這從濾波器的電路中可以看出，只有當(dāng)共模電容接地時，才能夠?qū)⒕€路上的共模干擾旁 路掉；同時為了對高頻起到有效的旁路作用，要求電容的引線越短越好。當(dāng)濾波器沒有接地時，電路中的共模濾波電容實際起不到作用的。

 

　　正是為了接地，濾波器的外殼上通常有一個專用的地線接線端子。雖然這個接線端子的目的是為了方便的安裝接地導(dǎo)線，但其卻造成了一種濾波器使用中常見的錯 誤；人們通常認(rèn)為只要將這個接地端子接地就可以了，因此在實際設(shè)備中，常常見到人們用一根長導(dǎo)線將濾波器連接到設(shè)備機殼上，這時，這根地線基本形同虛設(shè)， 因為在高頻時，長導(dǎo)線的阻抗是很大的，根本起不到對干擾有效的旁路作用。下表給出了不同直徑、不同長度的導(dǎo)線在不同頻率下的阻抗。

 

　　正確的安裝方式是將濾波器的外殼大面積貼在金屬殼的導(dǎo)電表面上。濾波器的理想安裝方式：濾波器直接貼在電源入口處，并在接觸面上使用電磁屏蔽襯墊，利用外殼實現(xiàn)隔離。

 

　　另外下面的安裝情況也都是不正確的：濾波器與設(shè)備金屬殼之間有絕緣漆、濾波器根本沒有接地、或者通過緊固螺釘連接。

 

　　導(dǎo)線的阻抗（Ω）（導(dǎo)線長度＝１０厘米）

 

　　頻率（Hz）

 

　　直徑＝６．５ｍｍ

 

　　直徑＝２．７ｍｍ

 

　　直徑＝０．６５ｍｍ

 

　　特別提示：導(dǎo)線的直流電阻和交流阻抗是完全不同的，濾波器絕不能靠單根導(dǎo)線接地，而要與設(shè)備金屬外殼之間有大面積的導(dǎo)電接觸。

 

　　13.要注意信號電纜對電源線傳導(dǎo)發(fā)射的影響

 

　　由于電源線和信號電纜線通常安裝在一塊面板上，因此電源線和信號電纜線之間的耦合是不可避免的。這時，盡管電源線經(jīng)過精心處理，完全沒有問題，但是在測量 時會出現(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)的現(xiàn)象。這種干擾實際是從信號電纜上耦合過來的。這時如果不對信號電纜進行處理，傳導(dǎo)發(fā)射是無法達(dá)標(biāo)的。實際上，當(dāng)信號電纜上有較強 的傳導(dǎo)干擾時，還會導(dǎo)致設(shè)備的輻射發(fā)射超標(biāo)。因此，遇到這種情況，一定要對信號電纜采取措施，如采取屏蔽或在接口處使用濾波器或濾波連接器。

 

　　判斷這種情況，只要將電源線周圍的電纜拔掉，再次測量設(shè)備的傳導(dǎo)發(fā)射，觀察是否仍然超標(biāo)；如果不超標(biāo)了，說明是信號電纜的影響。

 

　　14. 信號線濾波器的作用

 

　　信號線濾波器的主要作用是解決空間電磁干擾問題，例如設(shè)備向空間輻射較強的電磁干擾，或者設(shè)備對空間的電磁干擾敏感等問題。前面看到的信號線電纜和電源線 電纜之間的耦合導(dǎo)致傳導(dǎo)發(fā)射在高頻超標(biāo)的現(xiàn)象，就是由于信號線上的高頻干擾通過空間耦合到了電源線上造成的。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為信號電纜本身就是一條效率 很高的輻射和接收天線，它造成的危害如下：

[page]

 

　　1）造成很強的超標(biāo)輻射：機箱內(nèi)的電磁能量在電纜上感應(yīng)出共模電壓和電流，共模電流在電纜上流動，產(chǎn)生了共模輻射。這種輻射往往是設(shè)備超標(biāo)輻射的主要原因。

 

　　2）設(shè)備周圍環(huán)境空間的電磁能量被電纜接收到后，形成共模電流，沿著導(dǎo)線傳進機箱，一方面對與電纜直接連接的電路產(chǎn)生干擾，另一方面借助導(dǎo)線再次輻射，對機箱內(nèi)的其它電路（沒有直接與電纜連接的電路）造成干擾。

 

　　3）造成屏蔽體或隔離層被破壞，產(chǎn)生這種作用的原因也是電纜對電磁波的接收和再次輻射，導(dǎo)致電磁能量通過電纜泄漏，從現(xiàn)象上看就是屏蔽體的屏蔽效能降低。

 

　　理論和實踐均表明：設(shè)備上的電纜是電磁兼容上最薄弱的環(huán)節(jié)。信號線濾波器的作用就是解決上述三個方面的問題。下面的結(jié)論是十分重要的:

 

　　任何穿過屏蔽體或隔離體的導(dǎo)線或電纜都會破壞原有的屏蔽效果或隔離效果，對這些導(dǎo)線，必須采取濾波措施。

 

　　信號線濾波以共模濾波為主。這是因為電纜上感應(yīng)的電流一般都是共模形式的，而對信號電纜上傳輸?shù)牟钅Ｐ盘?，希望不產(chǎn)生任何影響。

 

　　15.怎樣在線路板上安裝信號線濾波器

 

　　當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)了電磁干擾問題時，許多有經(jīng)驗的工程師會在電纜的端口上安裝濾波電路（例如濾波電容、ＲＣ濾波電路、ＬＣ濾波電路等），但經(jīng)常達(dá)不到預(yù)期的效 果。這是因為我們忽視了兩個原因，一個是電纜上需要濾波的電磁干擾往往都是頻率很高的電磁信號（無論是接收到的空間干擾，還是設(shè)備內(nèi)傳導(dǎo)到電纜上的干 擾），而我們所作的大部分濾波電路對高頻干擾的濾波效果都是很差的（由于電容的引線電感、空間的寄生參數(shù)等）。另一個原因是，濾波器的安裝方式有問題（濾 波器接地不良，濾波器的輸入輸出端有耦合、空間耦合將濾波器旁路掉等），進一步降低了濾波器的高頻濾波性能。要獲得預(yù)期的效果，需要注意以下幾點：

 

　　１）高頻特性較好的濾波器件

 

　　三端電容是一種特殊結(jié)構(gòu)的電容器，它與普通電容器的區(qū)別在于，它有三根引線，其中一個電極上有兩根引線。這樣一個微小的改變，卻使電容器的濾波效果發(fā) 生了很大的改善。普通電容的引線電感對于電容的高頻濾波的作用是有害的，而三端電容卻巧妙地利用了引線電感，構(gòu)成了一個Ｔ型低通濾波器。三端電容的高頻濾 波效果比普通電容改善了很多。如果在三端電容的兩根連在一起的引線上分別安裝一個鐵氧體磁珠，則會大大增加Ｔ型濾波器的濾波效果。這就是我們常說的片狀濾 波器。

 

　　２）濾波器良好的接地

 

　　無論采用什么器件，這一點都是十分重要的。即使對于三端電容器，如果接地引線過長，引線的電感也是十分有害的，會使濾波性能大打折扣。對于濾除差模干 擾的濾波器，只要在布線時保證等效成電容的引線的走線盡量短就可以了，對于濾除共模干擾的濾波器，還要保證線路板與機箱之間的接地良好。一般可以通過簧片 或?qū)щ姴家r墊接地。另外，用于Ｉ／Ｏ接口濾波接地目的的地線要單獨安排，并且僅與線路板的其它地線在一點連接（這稱為“干凈”地）。當(dāng)使用π型濾波電路 時，這一點更重要。

 

　　３）濾波器并排安裝，否則，已經(jīng)濾波的和沒有濾波的信號之間會發(fā)生串?dāng)_，使總體濾波失效。當(dāng)需要濾波的引線較多時，使用多路濾波器（本公司有產(chǎn)品，分別對應(yīng)π型濾波電路和Ｔ型濾波電路）。

 

　?。矗V波器與機箱上電纜接口之間的引線要短，可以加一個隔擋層。

 

　　16. 饋通型濾波器是解決電磁干擾的理想器件

 

　　由于電路的工作的頻率和周圍環(huán)境中的電磁干擾頻率越來越高，將濾波器安裝在線路板上所暴露出的高頻濾波不足的問題日益突出。解決高頻濾波的根本方法是使用 饋通型濾波器。饋通型濾波器安裝在金屬面板上，具有很低的接地阻抗，并且利用金屬面板隔離濾波器的輸入和輸出，因此濾波器具有非常好的高頻濾波效果。

 

　　饋通濾波器的使用方法有以下三種：

 

　　1）安裝在屏蔽體（屏蔽箱和屏蔽機箱等）的面板上

 

　　這是最基本的使用方法，當(dāng)有導(dǎo)線穿過屏蔽體時就需要在屏蔽體面板上安裝饋通濾波器，使導(dǎo)線通過饋通濾波器穿過屏蔽體。

 

　　2）安裝在線路板的地線層上

 

　　再多層線路板上，可以利用線路板的的地線層作隔離層和接地層。
[page]

 

　　3）安裝在線路之間的隔離板上

 

　　當(dāng)條件不具備，饋通濾波器不能安裝在屏蔽體面板或地線面上時，安裝在金屬隔板上也具有普通電容（包括三端電容）不可比擬的高頻濾波作用。

 

　　饋通濾波器焊接式安裝和螺紋安裝兩種。焊接式安裝的優(yōu)點是節(jié)省空間，濾波性能可靠。但在將濾波器焊接到面板上時，由于面板的熱容量遠(yuǎn)大于濾波器的熱容量，因此焊接的局部溫度有可能達(dá)到很高，造成濾波器損壞。焊接時要注意控制焊接的時間和溫度。

 

　　螺紋安裝的方式簡單易行，可以在面板上打通孔，用螺母將饋通濾波器擰緊，也可以在面板上打帶螺紋的孔，將饋通濾波器直接擰上。無論是用哪一種方法，要注意 兩點，一是扭矩不能太大，饋通濾波器雖然從外表上看與螺釘一樣堅固，但是由于內(nèi)部是空心的，扭矩過大會造成損壞。二是在安裝時要套上鋸齒墊片，這樣可以保 持良好的接觸。

 

　　17.饋通濾波器的電路

 

　　濾波器的電路結(jié)構(gòu)C型（單個穿心電容）、L型（一個穿心電容加一個電感）、T型（兩個電感加一個穿心電容）、π型（兩個穿心電容加一個電感）等，濾波器的電路器件越多，則濾波器的過渡帶越短，阻帶的插入損耗越大。選用濾波電路的依據(jù)是：

 

　　１）對干擾的衰減量：濾波器的器件數(shù)量越多，一般對干擾信號的衰減越大（但有例外，當(dāng)沒有符合下面第３項的原則時，衰減量可能與器件數(shù)量較少的一樣）。

 

　　２）有用信號與干擾信號在頻率上的差別：有用信號與干擾信號的頻率相差越小，需要濾波器的器件數(shù)量越多。

 

　　３）使用濾波器電路的阻抗：一個基本原則是，濾波器中的電容對著高阻抗電路，電感對這低阻抗電路。這里所謂的高低，可以以５０Ω為參考。

 

　　18.濾波陣列板與濾波連接器

 

　　濾波陣列板與濾波連接器是饋通濾波器的概念的兩種延伸。當(dāng)需要濾波的導(dǎo)線數(shù)量較多時逐個焊接和安裝是十分繁瑣的事，這時可以使用濾波陣列板與濾波連接器如圖所示。

 

　　濾波陣列板上的濾波器已經(jīng)由廠家使用特殊工藝焊接好，性能可靠，使用簡便。濾波陣列板上的濾波器的間隔為２．５４ｍｍ，因此扁平電纜的接頭可以直接插上，避免了逐根焊線的繁瑣，便于組裝。濾波陣列板一般用在機箱的內(nèi)部。

 

　　對于機箱外部的電纜進行濾波必須使用濾波連接器，這樣才便于電纜的插拔。一般濾波連接器的外形尺寸與普通連接器是完全相同的，可直接取代普通連接器。不同的是濾波連接器的每一個針（孔）上安裝了一個低通濾波器，濾除信號線上的高頻干擾。

 

　　使用濾波陣列板時，要注意的問題是：一定要在濾波陣列板與安裝面板之間安裝電磁密封襯墊，否則在縫隙處會有很強的電磁泄漏。

 

　　19.自制濾波連接器

 

　　濾波連接器對與電纜造成的干擾十分有效。但濾波連接器的價格一般較高，并且不是所有型號的連接器都有對應(yīng)的濾波連接器。這給實際工程帶來很大不便。如果對 空間的限制不嚴(yán)，可以自己制作濾波連接器，其效果與成品相同（甚至更好，因為有些成品濾波連接器內(nèi)的濾波器件接地不太可靠），只是需要額外的加工費和安裝 空間。

 

　　自制濾波連接器的方法有兩個，一個是在設(shè)備面板上安裝上選好的連接器后，在連接器的后面裝一個屏蔽盒，屏蔽盒上安裝饋通濾波器（或濾波陣列板）。另一個方法是將選好的連接器與饋通濾波器（陣列板）安裝在一個獨立的金屬盒內(nèi)，構(gòu)成一個濾波部件。

 

　　20.怎樣確定濾波器的參數(shù)

 

　　選用濾波器時，最重要的三個參數(shù)額定電流、額定電壓和截止頻率。額定電流就是指流過濾波器的信號電流，一般很好確定。在確定額定電壓時往往會犯一些錯誤，而在確定截止頻率時往往感到困惑。

 

　　電壓的確定：如果所濾波的導(dǎo)線不會受到靜電放電、電脈沖、涌浪等高壓的沖擊，電路的工作電壓就是濾波器的額定工作電壓。如果不是這樣，例如，拖在設(shè)備外部的電纜，會受到高壓的沖擊，需要充分考慮到這種情況。一般額定工作電壓要達(dá)到200V以上。

 

　　截止頻率的確定：信號線濾波器的截止頻率定義是插入損耗為3dB時的頻率。截止頻率的選擇必須保證濾波器的通帶覆蓋功能信號的帶寬，保證設(shè)備的正常工作， 同時最大限度的濾除不必要的高頻干擾。對于模擬信號，截止頻率很好確定，只要保證截止頻率大于信號的帶寬即可。對于數(shù)字脈沖信號，截止信號可定為 1/πtr,tr是脈沖的上升/下降時間。如果是周期性脈沖信號，也可以取脈沖重復(fù)頻率的15倍作為截止頻率。
[page]

 

　　濾波電容的確定：電容值越大，濾波器的截止頻率越低，對于單個電容的濾波電路而言，截止頻率為：Fco=1/(2πRpC),Rp是原電路阻抗與負(fù)載電路阻抗的并聯(lián)值。

 

　　21.鐵氧體材料在濾波中的應(yīng)用

 

　　電磁干擾抑制鐵氧體磁環(huán)、磁珠等由于使用方便、價格低廉而倍受設(shè)計人員的青睞，它的主要優(yōu)點如下:

 

　　1)使用非常方便，直接套在需要濾波的電纜上即可。

 

　　2)不像其它濾波方式那樣需要接地，因此對結(jié)構(gòu)設(shè)計、線路板設(shè)計沒有特殊的要求。

 

　　3)作為共模扼流圈使用時，不會造成信號失真，這對于傳輸高頻信號的導(dǎo)線而言非?？少F。

 

　　電磁干擾抑制鐵氧體與普通鐵氧體的最大區(qū)別在于它具有很大的損耗，用這種鐵氧體做磁芯制作的電感，其特性更接近電阻。它是一個電阻值隨著頻率增加而增加的電阻，當(dāng)高頻信號通過鐵氧體時，電磁能量以熱的形式耗散掉。

 

　　要充分發(fā)揮鐵氧體的性能，下面一些注意事項十分重要：

 

　　A）鐵氧體磁環(huán)（磁珠）的效果與電路阻抗有關(guān)：電路的阻抗越低，則鐵氧體磁環(huán)（磁珠）的濾波效果越好。因此，在一般鐵氧體材料的產(chǎn)品手冊中，并不給出鐵氧體材料的插入損耗，而是給出鐵氧體材料的阻抗，鐵氧體材料的阻抗越大，濾波效果也越好。

 

　　B）電流的影響:當(dāng)穿過鐵氧體的導(dǎo)線中流過較大的電流時，濾波器的低頻插入損耗會變小，高頻插入損耗變化不大。要避免這種情況發(fā)生，在電源線上使用時，可以將電源線與電源回流線同時穿過鐵氧體。

 

　　C）鐵氧體材料的選擇：根據(jù)要抑制干擾的頻率不同，選擇不同磁導(dǎo)率的鐵氧體材料。鐵氧體材料的磁導(dǎo)率越高，低頻的阻抗越大，高頻的阻抗越小。

 

　　D）鐵氧體磁環(huán)尺寸的確定：磁環(huán)的內(nèi)外徑差越大，軸向越長，阻抗越大。但內(nèi)徑一定要包緊導(dǎo)線。因此，要獲得大的衰減，在鐵氧體磁環(huán)內(nèi)徑包緊導(dǎo)線的前提下，盡量使用體積較大的磁環(huán)。

 

　　E）共模扼流圈的匝數(shù)：增加穿過磁環(huán)的匝數(shù)可以增加低頻的阻抗，但是由于寄生電容增加，高頻的阻抗會減小。盲目增加匝數(shù)來增加衰減量是一個常見的錯誤。當(dāng)需要抑制的干擾頻帶較寬時，可在兩個磁環(huán)上繞不同的匝數(shù)。

 

　　F）電纜上鐵氧體磁環(huán)的個數(shù)：增加電纜上鐵氧體磁環(huán)的個數(shù)，可以增加低頻的阻抗，但高頻的阻抗會減小。這是因為寄生電容增加的緣故。

 

　　G）鐵氧體磁環(huán)的安裝位置：一般盡量靠近干擾源。對于屏蔽機箱上的電纜，磁環(huán)盡量靠近機箱電纜的進出口。

 

　　H）與電容式濾波連接器一起使用效果更好：由于鐵氧體磁環(huán)的效果取決于電路的阻抗，電路的阻抗越低，則磁環(huán)的效果越明顯。因此當(dāng)原來的電纜兩端安裝了電容式濾波連接器時，其阻抗很低，磁環(huán)的效果更明顯。

 

　　鐵氧體磁芯的線圈在頻率較低時，仍然是一個電感，對于這種單個電感構(gòu)成的濾波電路而言，截止頻率為：Fco=1/(2πRsL),Rs是原電路阻抗與負(fù)載電路阻抗的串聯(lián)值。