电磁兼容-第5章-滤波1--江滨浩教学内容.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,滤波,*,E,M,C,-,5,电磁兼容-第5章-滤波1-江滨浩,滤波器分类,2,3,显然，当,时，,IL,大于零，,IL,越大，滤波效果越好,4,频率范围宽,阻抗不确定,频率范围宽，过渡带窄；阻抗不确定，变化范围宽,5,6,干扰滤波器多为低通滤波器,因为,电磁干扰大多频率较高的信号，因为频率越高的信号越容易辐射和耦合,数字电路中许多高次谐波是电路工作所不需要的，必须滤除，防止对其它电路产生干扰。,电源线上的杂波有较高频率较高,频率较高时，杂散电容和电感之间的相互串扰严重,7,反射式滤波器,工作原理是把不需要的频率成分反射回骚扰源，而让需要的频率成分的能量通过滤波器施加于负载。,反射式滤波器通常由电抗元件,(,如电感器、电容器,),组合构成无源网络,。,在通带内提供低的串联阻抗和高的并联阻抗，而在阻带内提供高的串联阻抗和低的并联阻抗，对骚扰电流建立一个高的串联阻抗和低的并联阻抗通路,。,8,低通滤波器类型,C,T,L,反,电容并联在要滤波的信号线与信号地线之间（滤除差模干扰电流）或信号线与机壳地或大地之间（滤除共模干扰电流），电感串联在要滤波的信号线上。,电路中的滤波器件越多，则滤波器阻带的衰减越大，滤波器通带与阻带之间的过渡带越短。,不同结构的滤波电路适合于不同的源阻抗和负载阻抗。,9,插入损耗的估算,f,co,=1/(2,R,p,C),Zs,、,Z,L,并联,C,IL=20 lg(,CRp),IL,IL=20 lg(,L/Rs),f,co,=,Rs,/(2,L,）,Zs,、,Z,L,串联,Zs,L,Zs,假设电感、电容是理想器件，这是不符合实际情况的,Z,L,Z,L,10,实际电容器的特性,Z,C,理想电容,f,引线长,1.6mm,的陶瓷电容器,电容量,谐振频率,(MHZ),1,F,1.7,0.1,F,4,0.01,F,12.6,3300 pF,19.3,1100,pF,33,680 pF,42.5,330 pF,60,实际电容,1/2,LC,C,L,电感分量是由引线和电容结构所决定的,11,克服电容,非,理想性的方法,大容量,频率,衰减,小电容,大电容,并联电容,小容量,美中不足,：,在大电容的谐振频率和小电容的谐振频率之间，大电容呈现电感特性（阻抗随频率升高增加），小电容呈现电容特性，实际是一个,LC,并联网络，这个,LC,并联网络在会在某个频率上发生并联谐振，导致其阻抗为无限大，这时电容并联网络实际已经失去旁路作用。如果刚好在这个频率上有较强的干扰，就会出现干扰问题。若将大、中、小三种容值的电容并联起来使用，会有更多的谐振点，滤波器在更多的频率上失效。,简单的方案,：大小电容并联，大电容抑制低频干扰、小电容抑制高频。,12,三端电容器的原理,引线电感与电容一起构成了一个,T,形低通滤波器,在引线上安装两个磁珠滤波效果更好,地线电感起着不良作用,三端电容,普通电容,30 70,20,60,40,1GHz,三端电容（比较流行的方法）：一个电极上的两根引线串联在需要滤波的导线中。导线电感与电容构成了一个,T,形滤波器，消除了一个电极上的串联电感。三端电容比普通电容具有更高的谐振频率和滤波效果。,并,可在三端电容两个相连的引线上套两个铁氧体磁主，进一步提高,T,形滤波器的效果。,插入损耗,13,三端电容器的不足,寄生电容造成输入 端、输出端耦合,接地电感造成旁路效果下降,中间的接地线越短越好，,避免两侧的引线的平行部分,过长，否则高频滤波效果会,打很大折扣。,制约着其,高频,效果的两个因素：寄生电容耦合，接地线的电感。三端电容的滤波效果一般在,300MHz,以下。,14,穿心电容更胜一筹,金属板隔离输入输出端,一周接地，电感很小,接地电感小：当穿心电容的外客与面板之间在,360,的范围内连接时，连接电感是很小的。因此，在高频时，能够提供很好的旁路作用。,输入输出没有耦合：用于安装穿心电容的金属板起到了隔离板的作用，使滤波器的输入端和输出端得到了有效的隔离，避免了高频时的电容耦合现象。,15,穿心电容的插入损耗,穿心电容,插入损耗,频率,1GHz,普通电容,理想电容,穿心电容的阻抗接近理想电容，只是在某个频率会出现一个凹陷。,16,温度对陶瓷电容容量的影响,125,-30,90,30,%,C,0.15,-0.15,0,-55,125,5,-15,0,-55,-10,-5,COG,X7R,-60,20,-30,0,Y5V,%,C,%,C,陶瓷电容滤波器是钛酸铝等陶瓷材料制成，其工作原理是利用陶瓷材料的压电效应将电信号转换为机接信号，再将机接信号转换为机接电信号。温度的稳定性差,。,17,电压对陶瓷电容容量的影响,COG,X7R,Y5V,20,0,-20,-40,-60,-80,0 20 40 60 80 100,%,额定电压（,Vdc,）,%,C,18,实际电感器的特性,电感量,（,H,）,谐振频率,(MHZ),3.4,45,8.8,28,68,5.7,125,2.6,500,1.2,f,绕在铁粉芯上的电感,Z,L,理想电感,实际电感,1/2,LC,L,C,19,电感寄生电容的来源,每圈之间的电容,C,TT,导线与磁芯之间的电容,C,TC,磁芯为导体时，,C,TC,为主要因素，,磁芯为非导体时，,C,TT,为主要因素。,20,磁芯对电感寄生电容的影响,铁粉芯,(,非导电）,C=4.28pf C=3.48pf 19%,铁氧体（锰锌）,C=51pf C=49pf 4%,铁粉芯作磁芯时，由于它不导电，不仅寄生电容很小，而且当将绕线方式改为松散绕制时，电容下降了将近,20%,。,用锰锌铁氧体作磁芯时，由于这种材料导电率较高，不仅电容量较大，而且与绕线方式关系不大。,21,减小电感寄生电容的方法,然后：,起始端与终止端远离（夹角大于,40,度）,尽量单层绕制，并增加匝间距离,多层绕制时，采用,“,渐进,”,方式绕，不要来回绕。,如果磁芯是导体，首先：,用介电常数低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离,22,23,电感磁芯的选用,锰锌：,r,=500 10000,，,R=0.1100m,铁粉磁芯：不易饱和、,导磁率低,，作差模扼流圈的磁芯,铁氧体：最常用,镍锌：,r,=10 100,，,R=1k 1Mm,超微晶：,r,10000,，做大电感量共模扼流圈的磁心,空心线圈的电感量很小，使用导磁率较高的材料作磁芯可大大地增加电感量。,24,电感量与饱和电流的计算,S,D,1,D,2,饱和电流：,I,max,=B,max,S(D,1,-D,2,)/2L,电感量：,L,（,nH,）,=0.2 N,2,r,S(mm)ln(D,1,/D,2,),电感量,厂家手册给出,厂家经常给出每匝的电感量,“,AL,”,，则,L,（,nH,）,=AL,N,2,当电感磁芯发生饱和时，电感量变小，失去对干扰的抑制作用。若额定电流大于,饱和电流（,I,max,），就会发生饱和，需要调整磁芯的尺寸，使额定电流小于,I,max,25,吸收式滤波器,吸收式滤波器是由有耗器件构成的，在阻带内吸收躁声的能量转化为热损耗，从而起到滤波作用。,铁氧体吸收型滤波器是目前应用发展很快的一种,低通滤波器,。铁氧体是一种由铁、镜、锌氧化物混合而成，具有很高的电阻率，较高的磁导率,(,约为,100,一,1500),磁性材料。,低频电流可以几乎无衰减地通过铁氧体，高频电流却会受到很大的损耗，转变成热量散发。它可以等效为电阻和电感的串联。电阻值和电感量都是随着频率而变化的,26,铁氧体的,相对导磁常数,磁性体材料,诱电体材料,High,电,/High,磁,材料,e,10,0,10,0,10,1,10,1,10,2,10,2,10,3,10,3,10,4,10,4,10,5,10,5,相对导磁常数,:,u,r,相对介电常数,27,铁氧体滤波机理,Z(,f,）,Z(f),R,Z,L,在低频，磁芯的磁导率较高，磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高,Q,特性的电感。,高频：阻抗由电阻成分构成。随着频率升高，磁芯的磁导率降低，磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加。当高频信号通过铁氧体时，电磁能量以热的形式耗散掉。,28,29,30,电源线滤波器,电源线的传导骚扰电压,31,32,共模干扰和差模干扰,相中,/,中地共模电流，,相中差模电路,可看作独立干扰来研究,33,源端,负载端,34,35,36,37,38,39,40,41,信号滤波器的安装位置,板上滤波器,无屏蔽的场合,滤波器靠近被滤波导线的靠近器件或线路板一端。,有屏蔽的场合：在屏蔽界面上,42,板上滤波器的注意事项,滤波器要并排安装,线路板的干净地与金属机箱或大金属板紧密搭接,为滤波设置干净地,在接口处设置档板,滤波器靠近接口,43,面板上滤波的简易（临时）方法,容量适当的瓷片电容或独石电容，引线尽量短,44,电缆滤波的方法,连接器,屏蔽盒,馈通滤波器,45,面板安装滤波器注意事项,滤波器与面板之间必须使用电磁密封衬垫！,46,使用,形滤波器的注意事项,滤波器接地阻抗,预期干扰电流路径,实际干扰电流路径,47,开关电源噪声,原因：非线性和开关工作模式,50Hz,的奇次谐波（,1,、,3,、,5,、,7,）,非线性,开关频率的基频和谐波（,1MHz,以下差模为主，,1MHz,以上共模为主）,开关电源工作时，在电源线上既会在产生很强的共模干,扰，也会产生很强的差模干扰,.,48,电源线滤波器的基本电路,共模扼流圈,差模电容,共模电容,共模滤波电容受到漏电流的限制,49,电源线滤波器的特性,一般产品说明书上给出的数据是,50,条件下的测试结果。,越来越受到关注,损耗,频率,理想滤波器特性,实际滤波器特性,30MHz,50,电源线滤波器的错误安装,PCB,滤波器,滤波器,输入线过长,输入、输出耦合,PCB,51,52,电源线滤波器的错误安装,滤波器,绝缘漆,PCB,滤波器通过细线接地，高频效果很差！,接地线,53,滤波器的正确安装,滤,波,器,PCB,电源,PCB,滤波电路,54,高频滤波性能的重要性,滤波器高频性能差,滤波器高频性能好,无滤波,55,滤波器安装在线路板的问题,电源线泄漏严重,机箱内干扰,56,线路板上滤波的改进方法,电源线无泄漏,机箱内干扰,被滤波器挡住,被滤波器旁路掉,面板滤波器,57,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,