【導(dǎo)讀】電源濾波器的目的是抑制電磁噪聲,功能就是通過在電源線中接入電源濾波器,得到一個特定頻率的電源信號,或消除一個特定頻率后的電源信號。在使用的時候我們就需要了解電源濾波器方面的知識,這樣可以防止不必要的損失,而在使用的時候我們還需要了解如何選擇電源濾波器,具體如下:
1.額定電壓
額定電壓是電源EMI濾波器用在指定電源頻率時的工作電壓,也是濾波器最高允許的電壓值。如用在50Hz單相電源 的 濾波器,額定電壓為250V;用在50Hz三相電源的濾波器,額定電壓為440V.若輸入濾波器的電壓過高,會使內(nèi)部電容器損壞。
2.額定電流
額定電流(Ir)是在額定電壓和指定環(huán)境溫度條件下所允許的最大連續(xù)工作電流。
隨著環(huán)境溫度的升高,或由于電感導(dǎo)線的銅損,磁芯損耗以及周圍環(huán)境溫度等原因?qū)е鹿ぷ鳒囟雀哂谑覝?,這時候就難以確保插入損耗的性能。我們應(yīng)該根據(jù)實際可能的最大工作電流和工作環(huán)境溫度來選擇濾波器的額定電流。
除特殊說明外,EMI濾波器說明書給出的額定電流均為室溫+25℃(標(biāo)稱溫度)的值,同樣給定的典型插入損耗或曲線也均指+25℃的值。最大工作電流(Imax)、額定電流與溫度之間的存在如下關(guān)系:字串3 式1.0中:Imax為最大工作電流,Ir為室溫下額定工作電流,Tmax為最高的工作溫度+85℃,Ta為實際工作溫度,Tr為室溫+25℃。根據(jù)式2.0,Imax/Ir與Ta的關(guān)系舉例說明:+25℃,Imax=Ir;+45℃,Imax=0.816Ir;+85℃,Imax=0. 另外,在國外一些濾波器公司規(guī)定,+40℃(標(biāo)稱溫度)為工作電流值Ir .
IEC氣候等級為25/085時,指定環(huán)境溫度為+40℃(標(biāo)稱溫度)條件下,查取其他環(huán)境溫度所允許的工作電流曲線。
影響工作電流和環(huán)境關(guān)系的主要原因之一就是濾波器中的軟磁材料。EMI濾波器一般采用高磁導(dǎo)率軟磁材料錳鋅鐵氧體,初始磁導(dǎo)率μi=7000~10000,但其居里點溫度不高,優(yōu)質(zhì)的僅為130℃左右。磁導(dǎo)率越高,居里點溫度越低,過居里點后磁導(dǎo)率迅速下降,從而導(dǎo)致濾波器中的電感值下降,嚴(yán)重影響濾波效果。 因此要根據(jù)工作溫度來正確選擇電源濾波器的額定電流,或者改善濾波器的散熱條件(工作環(huán)境)來確保濾波器的安裝使用。
3.插入損耗
(1) 插入損耗定義 插入損耗是EMI電源濾波器最重要的技術(shù)參數(shù)之一,設(shè)計人員和工程應(yīng)用人員考慮的中心問題就是:在保證濾波器安全、環(huán)境、機械和可靠性能滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下,實現(xiàn)盡可能高的插入損耗。 濾波器的插入損耗是頻率的函數(shù),用dB(分貝)表示。電路未接濾波器時,信號源在接受電路端電壓(功率)為U( P),接入濾波器后在接受端輸入電壓(功率)為U( P) ,定義插入功耗I.L(InsertionLoss)可以用下列方程推導(dǎo)出來: 假設(shè)實際負(fù)載阻抗在濾波器插入前后保持不變,故1.1式的各功率可以由其相應(yīng)的負(fù)載電壓和阻抗的表達式來代替:方程中所表示的插入損耗,需要在任何頻率下通過取下和插入濾波器來進行測量。
(2)共模損耗與差模損耗 EMI電源濾波器的插入損耗包括共模(表示為CM)插入損耗和差模(表示為DM)插入損耗。關(guān)于它們的具體測試方法,在CISPR第17號出版物中有過說明,這里就不再說明。例如某個廠家生產(chǎn)的DNF05-H-6AEMI濾波器,按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測得的插入損耗。
(3)影響插入損耗的因素 影響電源EMI濾波器插入損耗的因素包括阻抗搭配和安裝。實際應(yīng)用中, EMI濾波器輸入和輸出端的阻抗已不是測得圖2.3曲線時的50Ω,所以它對干擾信號的衰減,不會等于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或說明書中的給出的插入損耗。如果選用EMI濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)合理,加上安裝得當(dāng),則有可能實現(xiàn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定的插入損耗。反之,如果網(wǎng)絡(luò)搭配和參數(shù)的選擇不當(dāng),安裝又有問題,則有可能得不到好的應(yīng)用效果,反而會得到相反的效果,如圖2.5出現(xiàn)插入損耗增益。 另外一個影響因素,就是濾波器的工作溫度和額定工作電流。EMI濾波器的插入損耗測量標(biāo)準(zhǔn),CISPR第17號出版物,MIL-STD-220A和GB7343-87所規(guī)定的測量方法中,都一致強調(diào)了要在加載額定電流條件下進行它的插入損耗的測量。前文已介紹,這是因為濾波器中的電感L用了鐵氧體或其他磁性材料,大電流工作下,磁性飽和狀態(tài)引起性能變壞。如圖2.6是某有問題的EMI濾波器測試情況,曲線①是正常50Ω系統(tǒng)下測試的插入損耗曲線,曲線②是50Ω系統(tǒng)和30A額定電流下測試的插入損耗曲線,兩者比較差別相當(dāng)大。
4 .阻抗搭配
(1)阻抗搭配的原因 選擇濾波器時,首先應(yīng)選擇適合你所用的濾波電路和插入損耗性能。首先選擇濾波電路的原因是與濾波器要在匹配條件下工作的傳統(tǒng)概念不同,所謂匹配意味濾波器需在保持輸入/輸出信號幅度不變(或某一固定比例)的前提下,將其中部分頻譜做預(yù)期的處理或變換,而EMI電源濾波器不同,它是個以工頻為導(dǎo)通對象的低通濾波器,是在不匹配的條件下工作,因為在實際應(yīng)用中無法實現(xiàn)匹配,如濾波器輸入端阻抗RI--電網(wǎng)源阻抗是隨著用電量的大小變化的,濾波器輸出端的阻抗Rl(負(fù)載阻抗)--電源阻抗是隨著電源負(fù)載的大小變化的,要想獲得理想的抑制效果,應(yīng)遵循正確的阻抗搭配。 無論怎樣復(fù)雜的電源EMI濾波器,都可以把它的共模和差模濾波網(wǎng)絡(luò)抽象出來。
(2)阻抗失配分析 可以分析出,一般在EMI電源濾波器電路網(wǎng)絡(luò)中,電感L看作高阻元件,電容C看作低阻元件。為了達到濾波更好的效果,按照濾波器的不匹配原則:如果實際負(fù)載為感性高阻,則選擇輸出負(fù)載為容性低阻的濾波器;如果實際負(fù)載為容性低阻,則選擇輸出負(fù)載為感性高阻的濾波器。同樣,對于濾波器的輸入阻抗和電網(wǎng)源阻抗,也應(yīng)該按照阻抗失配原則來選擇濾波器。
由式1.4可知,Zo與Rl相差越大,ρ就越大,端口產(chǎn)生的反射也就越大。對被控制的干擾信號,當(dāng)EMI濾波器兩端阻抗都處于失配狀態(tài)時,EMI信號會在它的輸入和輸出端口產(chǎn)生很強的反射。這樣一來,濾波器對EMI信號的衰減,等于濾波器的固有插入損耗加上反射損耗。在EMI濾波器的實際使用中,可用阻抗失配來實現(xiàn)對EMI信號更加有效抑制。這就是為什么選用EMI濾波器時,一定要仔細分析其端口阻抗的正確搭配,使產(chǎn)生盡可能大的反射,達到對EMI信號的有效控制的原因。
EMI濾波器對EMI信號的抑制能力不僅取決于濾波器在50Ω系統(tǒng)內(nèi)測得的插入損耗,還取決于濾波網(wǎng)絡(luò)與EMI信號源和負(fù)載的正確端接。所以,在選用濾波器時,要特別注意EMI濾波器上標(biāo)牌內(nèi)容,看其是否準(zhǔn)確標(biāo)出濾波網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。顯然,那種既不提供網(wǎng)絡(luò)參數(shù),又沒有給出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的EMI濾波器,給正確端接和優(yōu)化應(yīng)用帶來了麻煩。
另外,有的EMI濾波器標(biāo)牌標(biāo)明電源和負(fù)載端接,這可能是為了某特定電子設(shè)備所設(shè)置,沒有普遍意義,最多也只能是制造廠商的建議端接方法之一。應(yīng)用EMI濾波器,要具體分析EMI濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接入電路的等效阻抗,按照以上阻抗搭配原則進行端接才能正確達到預(yù)期目的。
從上述我們了解到,在選購的同時我們須知額定電壓、額定電流、插入損耗等相關(guān)方面?,F(xiàn)今的電子產(chǎn)品都以符合小型化、高性能、高精度、高信賴度、及高反應(yīng)度等為目標(biāo),使得電路組件的分布密度過高、電路的體積大大的縮小,然而電路便得越精巧,則會有更多的組件擠在很小的空間當(dāng)中,增加了干擾的機會,其中以電磁干擾及噪聲最令人感到困擾。電源濾波器的出現(xiàn)就解決了這個困擾。
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