电源滤波器是针对电源端口电磁骚扰的特点而设计的,一般是由电感、电容、电阻或铁氧体器件构成的频率选择性二端口网络,实际上是滤波器的一种,按照工作原理称之为反射式滤波器。它可以在滤波器阻带内提供了高的串联阻抗和低的并联阻抗,使它和噪声源的阻抗和负载阻抗严重不匹配,从而把不希望的频率分量发射回噪声源。当我们选用电源滤波器时,应主要考虑三个方面的指标:首先是电压、电流,其次是插入损耗,最后是结构尺寸。由于滤波器内部一般是经过灌封处理的,因此环境特性不是主要问题。但是所有的灌封材料和滤波电容器的温度特性对电源滤波器的环境特性有一定的影响。
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π型RC滤波电路原理如下:
(1)这一电路的滤波原理是:从整流电路输出的电压首先经过C1的滤波,将大部分的交流成分滤除,然后再加到由R1和C2构成的滤波电路中。C2的容抗与R1构成一个分压电路,因C2的容抗很小,所以对交流成分的分压衰减量很大,达到滤波目的。对于直流电而言,由于C2具有隔直作用,所以R1和C2分压电路对直流不存在分压衰减的作用,这样直流电压通过R1输出。
(2)在R1大小不变时,加大C2的容量可以提高滤波效果,在C2容量大小不变时,加大R1的阻值可以提高滤波效果。但是,滤波电阻R1的阻值不能太大,因为流过负载的直流电流要流过R1,在R1上会产生直流压降,使直流输出电压Uo2减小。R1的阻值越大,或流过负载的电流越大时,在R1上的压降越大,使直流输出电压越低。
(3)C1是第一节滤波电容,加大容量可以提高滤波效果。但是C1太大后,在开机时对C1的充电时间很长,这一充电电流是流过整流二极管的,当充电电流太大、时间太长时,会损坏整流二极管。所以采用这种π型RC滤波电路可以使C1容量较小,通过合理设计R1和C2的值来进一步提高滤波效果。
(4)这一滤波电路中共有3个直流电压输出端,分别输出Uo1、Uo2和Uo3三组直流电压。其中,Uo1只经过电容C1滤波;Uo2则经过了C1、R1和C2电路的滤波,所以滤波效果更好,Uo2中的交流成分更小;Uo3则经过了2节滤波电路的滤波,滤波效果最好,所以Uo3中的交流成分最少。
(5)3个直流输出电压的大小是不同的。Uo1电压最高,一般这一电压直接加到功率放大器电路,或加到需要直流工作电压最高、工作电流最大的电路中;Uo2电压稍低,这是因为电阻R1对直流电压存在电压降;Uo3电压最低,这一电压一般供给前级电路作为直流工作电压,因为前级电路的直流工作电压比较低,且要求直流工作电压中的交流成分少。
开关电源为减小体积、降低成本,单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器,典型电路图1所示。图(a)与图(b)中的电容器C能滤除串模干扰,区别仅是图(a)将C接在输入端,图(b)则接到输出端。图(c)、(d)所示电路较复杂,抑制干扰的效果更佳。图(c)中的L、C1和C2用来滤除共模干扰,C3和C4滤除串模干扰。R为泄放电阻,可将C3上积累的电荷泄放掉,避免因电荷积累而影响滤波特性;断电后还能使电源的进线端L、N不带电,保证使用的安全性。图(d)则是把共模干扰滤波电容C3和C4接在输出端。
EMI滤波器能有效抑制单片开关电源的电磁干扰。图2中曲线a为加EMI滤波器时开关电源上0.15MHz~30MHz传导噪声的波形(即电磁干扰峰值包络线)。曲线b是插入如图1(d)所示EMI滤波器后的波形,能将电磁干扰衰减50dBμV~70dBμV。显然,这种EMI滤波器的效果更佳。
(1)分析滤波电容工作原理时,主要利用电容器的“隔直通交”特性,或是充电与放电特性,即整流电路输出单向脉动性直流电压时对滤波电容充电,当没有单向脉动性直流电压输出时,滤波电容对负载放电。
(2)分析滤波电感工作原理时,主要是认识电感器对直流电的电阻很小、无感抗作用,而对交流电存在感抗。
(3)进行电子滤波器电路分析时,要知道电子滤波管基极上的电容是滤波的关键元件。另外,要进行直流电路的分析,电子滤波管有基极电流和集电极、发射极电流,流过负载的电流是电子滤波管的发射极电流,改变基极电流大小可以调节电子滤波管集电极与发射极之间的管压降,从而改变电子滤波器输出的直流电压大小。
(4)电子滤波器本身没有稳压功能,但加入稳压二极管之后可以使输出的直流电压比较稳定。
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