(filter)是一种用来消除干扰杂讯的器件,将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。电路设计人员如何确定在哪种场合该选用哪种
按这里提供的准则来进行滤波器的筛选,至少可满足滤波器的正确尺寸和类型的要求,ZCPJ-150-3过滤器因此,试用滤波器仅仅是用一只滤波器替换另一只滤波器,同时检查传导及辐射发射,看哪只滤波器具有的费效比。
如果在设计过程中没有足够的耐心去选择滤波器,墨菲法则(好象所有的物理、医疗和财政方面的公式都是从这里派生出来的)表明:终证明是合适的滤波器会与产品的其它要求完全不兼容。要么滤波器太大或太重而不能安装在铸塑模机壳内,需要一笔昂贵的重新制造模具的费用,要么需要一种不易实现的安装方法,要么由于滤波器的泄漏电流,将使推向市场的产品存在安全隐患问题。确实,如果没有仔细选择正确型号及类型的滤波器,那么按照墨菲法则,挑选合适的滤波器将增加研发和生产费用,同时也会推迟产品的上市时间。
通过将产品的发射频谱与相关的电磁兼容标准比较,可以估算用滤波器控制发射所需要的衰减量。对于抗扰性控制,可以通过比较外部电噪声(通常取自有关的电磁兼容抗扰度标准)与产品电子线路的敏感性以及干扰期间希望达到的性能等级来估算一个粗略值。
当明确知道一个产品实际的发射或敏感性能时,ZCPJ-150-3过滤器就可采取的计算而不去进行估测。不过,如果不是在一个可控的50阻抗环境中工作,ZCPJ-150-3过滤器在购买滤波器时,厂家提供的产品指标是靠不住的。
滤波器的工作原理是在射频电磁波的传输路径上形成很大的特性阻抗不连续,将射频电磁波中的大部分能量反射回源处。大多数滤波器的性能是在源和负载阻抗均为50的条件下测得的,这使我们直接联想到为重要的一点,这就是滤波器的性能在实际情况下不可能达到。
考察一个典型的电源线滤波器,它安装在交流电源线与作为电子产品直流电源的交-直流变换器之间。白天,交流电源的阻抗在2~2k间变化,取决于与它连接的负载以及所关心的频率。连接到电子设备的电源线,当整流器在电源波形的尖峰附近导通时,相当于短路,而在其它时间,相当于开路。
滤波器参数是在50的源和负载阻抗的测试环境下获得的,因为大多数射频测试设备采用50的源、负载及电缆。这种方法获得的滤波器性能参数是化的,同时也是有误导性的。
因为滤波器由电感和电容组成的,因此这是一个谐振电路。其性能和谐振主要取决于源端及负载端的阻抗。事实上,一只价格昂贵且50/50性能的滤波器可能在实际中的性能还不如一只价格较低且50/50性能较差的滤波器好。
3. 电源线给出的单级电源线滤波器对源和负载的阻抗都很敏感,当工作在实际的源和负载阻抗条件下时,很容易产生增益,而不是衰减。这种增益通常出现在150kHz~10MHz的频率范围内,幅度可以达到10 ~ 20dB。因此,在产品上安装一个不合适的滤波器后,可能会增加发射强度和/或使敏感性变得更糟。
图1 典型的单级电源线所示的两级或更多级的滤波器,可以使内部接点保持在相对稳定的阻抗上,因此对负载及源的阻抗依赖不是很大,可以提供接近50/50指标的性能。当然,这些滤波器体积更大,价格更高。
为了解决阻抗问题,是购买生产厂家同时标明了在“匹配”的50/50测试系统中的指标和在“失配”条件下的指标的产品。失配的数据是在源阻抗为0.1,负载阻抗为100的条件下,和相反的条件下,测得的。一个窍门是用所有这些曲线中的坏情况形成一条衰减曲线图,并将其作为滤波器的技术指标。当采用这种方法来选择滤波器以满足产品的预期目的时,滤波器的性能通常能够达到希望的效果,甚至更好一些。
大多数电源线滤波器采用共模扼流圈和连接在相线间的X电容处理差模干扰。如果滤波器用于解决开关电源、相位角功率控制器、马达驱动器等电路产生的低频高强度干扰问题,则通常需要比X电容所能提供的差模衰减更大的衰减,这时需要采用如图3所示的差模扼流圈。由于磁芯会发生饱和现象,所以很难以较小的体积获得较大的电感量。这些滤波器一般体积比较大而且也比较昂贵。
大多数电源线滤波器采用Y型电容,这些电容连接在相线与地线之间。为了不超过相关安全标准限定的地线允许泄漏值,这些电容的值大约在几nF左右。一般地,Y电容应连接到噪声干扰较大的导线上(例如,仪表灵敏模拟电路中的电源线,ZCPJ-150-3过滤器开关电源中的整流器等)。
对于医疗设备,特别是与病人身体接触的,要求地线泄漏电流值相当低,因此使用任意一种Y型电容都是不行的。这时采用的滤波器需要更大的电感和/或采用多级级联,因此体积较大,价格较高。(是在设备与病人相连的那一端采用电池供电,仅通过光耦或光纤与交流电源供电的设备相连。)
在较大的系统里,来自大量Y型小电容的地线泄漏会产生很大的地线电流,这样就会产生地线电压差,从而导致不同设备间的互连电缆上产生“嗡嗡”的交流声和瞬态高电平。现代解决方案是采用等势三维地线搭接,但许多陈旧的设施中不能实现这一点。因此,决定用在大系统里的设备应使用Y电容很小或根本没有Y电容的滤波器。
信号线滤波器的技术指标中,一般都忽略了地线噪声。驱动芯片会产生地线跳跃噪声,如果数字印刷电路板的地线面与机壳间的射频搭接不好,便会在所有导线V噪声,因此,外封装上标有低转换速率的驱动芯片仍可能产生高电平的射频噪声。
R和L滤波器的基本工作原理是产生一个高阻抗以反射干扰,但这通常仅能获得几个dB的衰减。当源和负载阻抗都较低时,这种滤波器是适合的。L滤波器能产生谐振,因此由软铁氧体磁性材料做成(参见下述部分)。由于电阻中存在0.2 pF左右的寄生旁路电容,因此R滤波器在高频时会失去滤波效能。
LC、T和型滤波器可以有更高的衰减值,但当它们连接到非50的源和负载阻抗的环境中时会发生谐振现象。这个问题可以通过在电感上装入铁氧体来解决。铁氧体在低频(有时可达10MHz左右)时呈电感特性,但在较高的频率处,ZCPJ-150-3过滤器它们失去了电感特性而表现出电阻特性。铁氧体磁珠在100MHz时的有效阻抗超过1k,但直流时的阻抗则小于0.5,因而在无用频率处呈现高阻状态,在有用频率处呈现低阻状态。现在可以采购到型号众多的SMD铁氧体磁珠来满足各种频谱的需要。
射频滤波器的一个鲜为人知的特性就是当它不连接到良好的射频参考地时,其效果是很差的。能够作为射频参考地的是PCB上的实心地平面、金属板或金属壳体(“法拉第笼”),理想情况下,在被滤波的频率处,它们都不应有大于波长1/100的孔洞(空气中1GHz时3mm,或者在FR4纤维玻璃板中为1.5mm)。
如果欲在高频获得的滤波性能,那么滤波器很容易由于其PCB走线和/或滤波与未滤波分界面上导线的射频泄漏而使其性能发生降级。许多工程技术人员对滤波器周围的射频泄漏疑惑不解,ZCPJ-150-3过滤器滤波和未滤波走线及导线必须尽可能地彼此远离,而且没有其他走线或导线穿过附近滤波/未滤波的边界线,通常,对滤波器未滤干净的残余泄漏采用屏蔽技术是非常必要的。
如果外部电缆滤波后进入具有地平面的PCB板或用作射频地的一个工业仪表面板,滤波器应安装在电缆进出PCB板或仪表面板的位置上,并且要直接连接到射频地线上。
就电源线Hz的频率,且性能基本不变)来说,面板安装的滤波器通常采用IEC插座。将这种金属外壳的带IEC插座的滤波器安装在屏蔽体上,如果滤波器壳体上没有缝隙,并且按图6所示的办法将它四周电气连接到屏蔽金属件上,可在数十兆赫兹的频率范围内获得较好的性能。有些厂商仅一味追求滤波器能否在传导发射测试频率(达到30MHz)范围内正常工作,这种滤波器的成本较低,但使滤波器的屏蔽完整性受到影响,从而使产品不能通过电磁兼容标准中的辐射发射试验。
在大功率场合中,多数电源线滤波器采用螺钉接线方式,从而使隔离板安装不可能。表明镙钉安装的滤波器采用“脏盒”方法,同时用一个外层屏蔽盒将其封装在一个屏蔽的“脏盒”内。即使脏盒中的输入和输出电缆很短而且彼此远离,高频仍然可以泄漏出去,因此需要对某一条电缆或所有电缆套装磁环来解决。
2、如果机器上选择的是一个市面上买来的通用滤波器,这个滤波器基本上是可以不加的;
下此结论的原因是因为近遇到的好几起事情,都加了滤波器,但传导就是不过,后还是根据测试结果给设计了个滤波器样品,一装上ok才算pass,其实设计本身也并不复杂,不过多加了一级差模电容和差模电感、或调整了一下滤波器电感电容的参数而已。通用型的IEC插座滤波器,里面的空间很小,一般只能放得下2个共模电容、一个差模电容和一个共模电感,靠这点东西就能放之四海而皆准,难度莫大焉。
第二种是先设计产品,结构空间上预留出装滤波器的位置,等产品装好后进行测试,根据测试的结果确定滤波器的滤除频点和衰减特性。