电源滤波器

一、电源滤波器的特性 1.1电源线滤波器的重要指标是共模干扰和差模干扰的插入损耗。
1.2理想的电源线滤波器对指定频率段以外频率的信号有较大的衰减。但实际的电源线滤波器仅在100KHz – 30MHz的频率范围内有较大的衰减，如图1所示。         图1理想和实际滤波器滤波特性曲线
1.3电源线滤波器的低频特性主要是由电路的结构和器件参数决定,滤波器的有效频率越低，则体积越大。
1.4电源线滤波器的高频特性主要是由滤波器的内部结构和器件的寄生参数决定，设计工艺良好的滤波器其高频特性会有明显的提高。
1.5在采购滤波器时，不要觉得额定电流大，体积小的滤波器是技术的进步，因为衰减特性才是影响滤波器体积的重要因素。也不要认为电路结构相同的滤波器具有相同的特性，结构和工艺的差别会导致高频特性的巨大差异。 二、电源线滤波器的基本电路 2.1常用的电源线滤波器是由电感和电容构成的，这些器件构成了低通滤波器，在阻带内能够对共模干扰和差模干扰提供较大的衰减。 2.2根据定义，连接在火线和零线之间的电容器能够对差模干扰有较大的衰减，因此称为差模滤波电容。连接在火线和地线之间的电容及零线和地线之间的电容能够将共模干扰旁路掉，因此称为共模滤波电容。图2为差模电容和共模电容的应用示意图。        图2 差模电容和共模电容的应用示意图 2.3电感对差模干扰和共模干扰都有阻碍作用。 2.4差模电容可以取得1μF以上，共模电容受到漏电流的限制，一般为数千pF。 2.5防止磁芯饱和的方法 对应用在电源滤波器中的电感，磁芯饱和的问题必须考虑。我们用作电感磁芯的材料在外加较大的磁场是都会发生饱和，磁性材料发生饱和后，电感的电感量变得很小。外加磁场取决于流过电感的电流强度和电感线圈的匝数。为了防止磁芯发生饱和，一方面要选用磁饱和强度较高的材料做磁芯，另外还要避免磁路闭合。使用非环形的磁芯不会形成闭合的磁路，但这种磁芯的漏磁很大，容易对外界造成干扰。通常采用在环形磁芯上开气隙的方法。由于磁路不闭合，加上为了避免磁芯上产生较强的磁场，匝数不能过多。一种解决磁芯饱和问题的方法是将两根电源线按照图3所示的方法绕制，在这种绕制方法形成的电感中，两根电源线在磁芯中产生磁力线方向相反。并且强度相同，刚好抵消，所以磁芯不会饱和，而对于两根电源线方向相同的共模干扰电流，则有较大的电感。由于这种电感只对共模干扰有抑制作用，而对差模电流没有影响，因此叫共模扼流圈。     图3 电源线的绕制方法  对于没有很高绝缘要求的信号线，可以用双线并绕的方法构成共模扼流圈，但对于交流电源线,必须分开绕制。 虽然从理论上讲，共模扼流圈永远不会饱和，但实际的共模扼流圈两组线圈产生的磁力线不会全集中在磁芯中，而会有一定的漏磁，这部分漏磁不会抵消掉，因此还是有一定的差模电感。这部分差模电感一方面能对差模干扰有一定的抑制作用，另一方面，也会使电感饱和。共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵消，因此磁芯不会饱和。 三、电源线滤波器的安装 3.1电源滤波器的错误安装 3.1.1图4为一种错误安装方式中,由于滤波器的输入线过长，外面进来的干扰还没有经过滤波，就已经通过空间耦合的方式干扰到线路板上了。而线路板上产生的干扰可以直接耦合到滤波器的输入在线，传导到机箱外面，造成超目标电磁发射。       图4 滤波器输入线过长 3.1.2图5为错误安装方式中，由于滤波器的输入，输出线之间的寄生电容直接发生耦合,旁边掉滤波器，使滤波器高频滤波效果变差。      图5 滤波器输入和输出耦合 3.1.3图6是常见的安装错误，大部分滤波器内部的共模滤波电容连接到滤波器的金属外壳上，在安装时通过将滤波器的金属外壳直接安装在机箱上实现滤波器的接地。在这种安装方式中，滤波器的外壳没连接到机壳上，因此对于共模滤波电容悬空，起不到滤波的作用。当然一个补救措施是用导线将滤波器的外壳连接带机箱，但这种方式的效果较差，特别是滤波器的高频滤波效果会有较大下降。因为这种连接方式相当于延长了共模电容的引线。        图6 滤波器没有接地 3.2滤波器的正确安装 图7是一种理想的安装方式，滤波器的输入线很短，并且利用机箱将滤波器的输入端和输出端隔离开。采用这种安装方式必须要求滤波器的结构是特殊设计的。如果滤波器内用穿心电容做共模滤波电容，加上良好的内部隔离，并在滤波器和机箱之间使用电磁密封衬垫，滤波器的最高有效频率可以超过1GHZ。     图7理想的滤波器安装方式