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發布時間:2022-03-18作者來源:薩科微瀏覽:8066
低頻來自兩部分:差模和共模濾波。差模濾波試圖減少電流返回回線的電源線上噪聲。
這意味著電源線上噪聲存在在外殼和回線上。所以濾波的目的是在它離開外殼之前分流到回線,這樣保證它返回而測量不到。設置一個電感在功率線上,阻斷它出去,同時提供一個電容在電源與回線之間,提供噪聲低阻抗通道。通常商業測試時帶有 LISN(Line Impedance Stabilization Network電網阻抗穩定網絡),被測電源通過一個電感和一個電容接到 LISN,提供 50Ω源阻抗。
有時噪聲可能很小,以至于不要電感,電容與 50Ω電阻形成一個分壓器小道足以轉移大部分噪聲。這個電路要工作,還得限制電容的 ESR。可以試試多層電容和金屬化塑料電容。
選擇數值
差模濾波如下電路所示:
由一個二階 LC 電路組成。根據測量知道未濾波前的噪聲頻譜,同時我們知道要設計的二階濾波器在噪聲處以 40dB/dec 衰減。這里就是決定濾波器開始轉折的起點。
首先找到[敏感詞]頻率差模分量。例如假定在 100kHz 是 20dB。則開始頻率為 100kHz/ 10 =30kHz(因為兩個極點平方根)。
現在在噪聲頂部(30kHz)畫一條直線,斜率 40dB/Dec。如果沒有其它的峰值點,濾波器的諧振頻率就是 30kHz。以此選擇 LC 參數。LC 參數有多種選擇,電感價價格比電容貴,選擇要權衡價格和損耗。
共模濾波
共模濾波器比差模濾波器容易設計,因為類型選擇很少。
一個共模濾波器:共模電容(在商業界稱為 Y 電容;X 電容為差模電容)+ 一個共模電感組成。
如下圖所示:
共模電容將線分流到地,而共模電感提供平衡阻抗-即對源和回線提供相同的阻抗,對共模噪聲表現高阻抗通路。對于差模電感為零。
數值選擇
共模與差模選擇元件相反,這里電容比電感貴。理由有兩個:
1.電容接地,必須能承受瞬時 3kV 甚至 6kV 電壓,所以體積很大。還有流到的電流數值有嚴格的安全限制,這就限制了共模電容可以應用的[敏感詞]值,典型的幾個納法。
因此,你選擇[敏感詞]允許電容量,并應用相同的技術以前決定的需要的 LC,用相同的步驟決定電感值。如果你計算出來是一個很大的共模電感值不要恐慌。共模電感兩個線圈流過相同的電流,而看起來沒有凈電流。匝數很多而不會飽和。
2.當計算需要的電感時,兩個共模電容是并聯的(將數值加倍),而且共模電感的兩個線圈是串聯的。
因此,得到 2 倍匝數和 4 倍電感量。這給你額外 8 倍噪聲抑制,電容等于 9.4nF,而電感是 4mH,其截止頻率為 26kHz。
電容電感及限制
電容有頻率相應限制,限制了在 EMI 濾波中的應用。電解電容具有相當大的 ESR,意味著在 RC頻率以上它看作電阻性,不再是一個極點。
例如,電容=100μF ESR = 100mΩ,在頻率 16kHz 成為阻性。它不再用于 EMI 控制。
實際上,陶瓷或塑料電容經常用于 EMI 濾波。
由于有引線電感,它們也有限制。
1 μF 電容僅在 1MHz 以下 有效 。
在 在 1MHz 以上,用 100nF 電容, 可以到 10MHz 。
為抑制噪 聲,可以用 1 μF ,100nF 和 和 10nF 一起并聯。
電感也有限制(它的線圈電阻,盡管對功率損耗不好,對噪聲抑制沒有明顯影響)。
最重要的限制是分布電容,可能與電感并聯。在某個頻率以上,容抗比感抗低,在這個頻率以上,電感不再阻斷噪聲。
例:假定 1mH 有 100pF 電容。于是在大約 500kHz 以上它的感抗停止增加,并實際上在減少。當然,較小的電感分布電容也較小,截止頻率更高。
可用兩個電感串聯,而不是一個大電感,因為用兩個電感串聯增加電感和其電容串聯減少電容,但實際上決不這樣做。
壓敏電阻有電容許多設計者需要一個壓敏電阻來吸收電網瞬態電壓。
壓敏電阻具有一個小電容,并可用作濾波的一部分,這有意外收獲。
注意:將壓敏電阻加在源和回線到地之間,壓敏電阻也有漏電流,所以 Y電容也應相應減少。
兩個作用一個磁芯電感既:共模+差模電感,節約成本體積。
但設計時應該注意:繞一個共模電感比如說 47 匝在一邊,而源線的另一邊多繞 1 匝。
這個電感仍然是共模電感,但現在有一個串聯電感,電感量是(48 2 -47 2 )A L ,比在這樣磁芯上繞 1 匝電感大得多。不過,磁芯中合成磁場不為零,你應當檢查在[敏感詞]電流時磁芯不應當飽和。
100dB 的衰減是否可得
低頻濾波器僅用兩個極點濾波器,不必多一個電容,或多一個電感,或再加一個電感電容的高階濾波,因為這樣濾波器難以設計;
對于商業設計,高階濾波需要另一個電感,而這意味著生產困難。除了特殊環境外,是不需要這樣濾波器,四極點衰減非常快,而如果需要 6 極點或許更糟。
如果計算一個電感在低頻區需要衰減 60~80dB,[敏感詞]返回去并研究電路布線。
可能的方法:用增加開關頻率減少濾波要求。元件有性能限制,實際 PCB 布局通路與通路之間存在泄漏和交叉干擾。
底部線與頂部線之間,可以得到 100dB 的衰減。
也可買到商用濾波器,因它自己做的更大的衰減。
主要因為商用器件注意了避免電路布局交叉干擾,并已經將濾波器密封在金屬殼中。
當然,自己也可以這樣做,但成本較高。
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