噪聲濾波器

1、電源噪聲濾波器的基本原理與應(yīng)用方法電源噪聲濾波器的基本原理與應(yīng)用方法隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子、電力電子、電氣設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它們?cè)谶\(yùn)行中產(chǎn)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子、電力電子、電氣設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它們?cè)谶\(yùn)行中產(chǎn)生的高密度、寬頻譜的電磁信號(hào)充滿(mǎn)整個(gè)空間，形成復(fù)雜的電磁環(huán)境。復(fù)雜的電磁環(huán)境要求電子設(shè)生的高密度、寬頻譜的電磁信號(hào)充滿(mǎn)整個(gè)空間，形成復(fù)雜的電磁環(huán)境。復(fù)雜的電磁環(huán)境要求電子設(shè)備及電源具有更高的電磁兼容性。于是抑

2、制電磁干擾的技術(shù)也越來(lái)越受到重視。接地、屏蔽和濾波備及電源具有更高的電磁兼容性。于是抑制電磁干擾的技術(shù)也越來(lái)越受到重視。接地、屏蔽和濾波是抑制電磁干擾的三大措施，下面主要介紹在電源中使用的是抑制電磁干擾的三大措施，下面主要介紹在電源中使用的EMIEMI濾波器及其基本原理和正確應(yīng)用方濾波器及其基本原理和正確應(yīng)用方法。法。2電源設(shè)備中噪聲濾波器的作用電源設(shè)備中噪聲濾波器的作用電子設(shè)備的供電電源，如電子設(shè)備的供電電源，如220V50Hz220

3、V50Hz交流電網(wǎng)或交流電網(wǎng)或115V400Hz115V400Hz交流發(fā)電機(jī)，都存在各式各樣的交流發(fā)電機(jī)，都存在各式各樣的EMIEMI噪聲，其中人為的噪聲，其中人為的EMIEMI干擾源，如各種雷達(dá)、導(dǎo)航、通信等設(shè)備的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射信號(hào)，會(huì)在電源干擾源，如各種雷達(dá)、導(dǎo)航、通信等設(shè)備的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射信號(hào)，會(huì)在電源線(xiàn)上和電子設(shè)備的連接電纜上感應(yīng)出電磁干擾信號(hào)，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械和點(diǎn)火系統(tǒng)，會(huì)在感性負(fù)載電路線(xiàn)上和電子設(shè)備的連接電纜上感應(yīng)出電磁干擾信號(hào)，電動(dòng)旋

4、轉(zhuǎn)機(jī)械和點(diǎn)火系統(tǒng)，會(huì)在感性負(fù)載電路內(nèi)產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)程和輻射噪聲干擾；還有自然干擾源，比如雷電放電現(xiàn)象和宇宙中天電干擾噪聲，前內(nèi)產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)程和輻射噪聲干擾；還有自然干擾源，比如雷電放電現(xiàn)象和宇宙中天電干擾噪聲，前者的持續(xù)時(shí)間短但能量很大，后者的頻率范圍很寬。另外電子電路元器件本身工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱噪者的持續(xù)時(shí)間短但能量很大，后者的頻率范圍很寬。另外電子電路元器件本身工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱噪聲等。聲等。這些電磁干擾噪聲，通過(guò)輻射和傳導(dǎo)耦合的方式，會(huì)影響

5、在此環(huán)境中運(yùn)行的各種電子設(shè)備的正這些電磁干擾噪聲，通過(guò)輻射和傳導(dǎo)耦合的方式，會(huì)影響在此環(huán)境中運(yùn)行的各種電子設(shè)備的正常工作。常工作。另一方面，電子設(shè)備在工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生各種各樣的電磁干擾噪聲。比如數(shù)字電路是采用另一方面，電子設(shè)備在工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生各種各樣的電磁干擾噪聲。比如數(shù)字電路是采用脈沖信號(hào)（方波）來(lái)表示邏輯關(guān)系的，對(duì)其脈沖波形進(jìn)行付里葉分析可知，其諧波頻譜范圍很寬。脈沖信號(hào)（方波）來(lái)表示邏輯關(guān)系的，對(duì)其脈沖波形進(jìn)行付里葉分析可知，其諧波

6、頻譜范圍很寬。另外在數(shù)字電路中還有多種重復(fù)頻率的脈沖串，這些脈沖串包含的諧波更豐富，頻譜更寬，產(chǎn)生的另外在數(shù)字電路中還有多種重復(fù)頻率的脈沖串，這些脈沖串包含的諧波更豐富，頻譜更寬，產(chǎn)生的電磁干擾噪聲也更復(fù)雜。電磁干擾噪聲也更復(fù)雜。各類(lèi)穩(wěn)壓電源本身也是一種電磁干擾源。在線(xiàn)性穩(wěn)壓電源中，因整流而形成的單向脈動(dòng)電流也各類(lèi)穩(wěn)壓電源本身也是一種電磁干擾源。在線(xiàn)性穩(wěn)壓電源中，因整流而形成的單向脈動(dòng)電流也會(huì)引起電磁干擾；開(kāi)關(guān)電源具有體積小，效率高的優(yōu)

7、點(diǎn)，在現(xiàn)代電子設(shè)備中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是會(huì)引起電磁干擾；開(kāi)關(guān)電源具有體積小，效率高的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代電子設(shè)備中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是因?yàn)樗诠β首儞Q時(shí)處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，本身就是很強(qiáng)的因?yàn)樗诠β首儞Q時(shí)處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，本身就是很強(qiáng)的EMIEMI噪聲源，其產(chǎn)生的噪聲源，其產(chǎn)生的EMIEMI噪聲既有很寬的頻噪聲既有很寬的頻率范圍，又有很高的強(qiáng)度。這些電磁干擾噪聲也同樣通過(guò)輻射和傳導(dǎo)的方式污染電磁環(huán)境，從而影率范圍，又有很高的強(qiáng)度。這些電磁干擾噪聲也同樣通

8、過(guò)輻射和傳導(dǎo)的方式污染電磁環(huán)境，從而影響其它電子設(shè)備的正常工作。響其它電子設(shè)備的正常工作。對(duì)電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，當(dāng)對(duì)電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，當(dāng)EMIEMI噪聲影響到模擬電路時(shí)，會(huì)使信號(hào)傳輸?shù)男旁氡茸儔模瑖?yán)重時(shí)會(huì)使要噪聲影響到模擬電路時(shí)，會(huì)使信號(hào)傳輸?shù)男旁氡茸儔?，?yán)重時(shí)會(huì)使要傳輸?shù)男盘?hào)被傳輸?shù)男盘?hào)被EMIEMI噪聲所淹沒(méi)，而無(wú)法進(jìn)行處理。當(dāng)噪聲所淹沒(méi)，而無(wú)法進(jìn)行處理。當(dāng)EMIEMI噪聲影響到數(shù)字電路時(shí)，會(huì)引起邏輯關(guān)系噪聲影響到數(shù)字電路時(shí)，會(huì)引起邏輯關(guān)系出

9、錯(cuò)，導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。出錯(cuò)，導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。對(duì)于電源設(shè)備來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部除了功率變換電路以外，還有驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、保護(hù)電路、輸對(duì)于電源設(shè)備來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部除了功率變換電路以外，還有驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、保護(hù)電路、輸入輸出電平檢測(cè)電路等，電路相當(dāng)復(fù)雜。這些電路主要由通用或?qū)Ｓ眉呻娐窐?gòu)成，當(dāng)受電磁干擾入輸出電平檢測(cè)電路等，電路相當(dāng)復(fù)雜。這些電路主要由通用或?qū)Ｓ眉呻娐窐?gòu)成，當(dāng)受電磁干擾的EMIEMI濾波器。濾波器。電源用噪聲濾波器按形狀可分為一體

10、化式和分立式。一體化式是將電感線(xiàn)圈、電容器等封裝在電源用噪聲濾波器按形狀可分為一體化式和分立式。一體化式是將電感線(xiàn)圈、電容器等封裝在金屬或塑料外殼中；分立式是在印制板上安裝電感線(xiàn)圈、電容器等，構(gòu)成抑制噪聲濾波器。到底采金屬或塑料外殼中；分立式是在印制板上安裝電感線(xiàn)圈、電容器等，構(gòu)成抑制噪聲濾波器。到底采用哪種形式要根據(jù)成本、特性、安裝空間等來(lái)確定。一體化式成本高，特性較好，安裝靈活；分立用哪種形式要根據(jù)成本、特性、安裝空間等來(lái)確定。一體

11、化式成本高，特性較好，安裝靈活；分立式成本較低，但屏蔽不好，可自由分配在印制板上。式成本較低，但屏蔽不好，可自由分配在印制板上。4噪聲濾波器的基本結(jié)構(gòu)噪聲濾波器的基本結(jié)構(gòu)電源電源EMIEMI噪聲濾波器是一種無(wú)源低通濾波器，它無(wú)衰減地將交流電傳輸?shù)诫娫?，而大大衰減隨噪聲濾波器是一種無(wú)源低通濾波器，它無(wú)衰減地將交流電傳輸?shù)诫娫?，而大大衰減隨交流電傳入的交流電傳入的EMIEMI噪聲；同時(shí)又能有效地抑制電源設(shè)備產(chǎn)生的噪聲；同時(shí)又能有效地抑制電源

12、設(shè)備產(chǎn)生的EMIEMI噪聲，阻止它們進(jìn)入交流電網(wǎng)干噪聲，阻止它們進(jìn)入交流電網(wǎng)干擾其它電子設(shè)備。擾其它電子設(shè)備。單相交流電網(wǎng)噪聲濾波器的基本結(jié)構(gòu)如圖單相交流電網(wǎng)噪聲濾波器的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。它是由集中參數(shù)元件組成的四端無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，所示。它是由集中參數(shù)元件組成的四端無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，主要使用的元件是共模電感線(xiàn)圈主要使用的元件是共模電感線(xiàn)圈L1L1、L2L2，差模電感，差模電感L3L3、L4L4，以及共模電容，以及共模電容CY1CY1、CY2CY2和

13、差模電容器和差模電容器CXCX。若將此濾波器網(wǎng)絡(luò)放在電源的輸入端，則。若將此濾波器網(wǎng)絡(luò)放在電源的輸入端，則L1L1與CY1CY1及L2L2與CY2CY2分別構(gòu)成交流進(jìn)線(xiàn)上兩對(duì)獨(dú)立分別構(gòu)成交流進(jìn)線(xiàn)上兩對(duì)獨(dú)立端口之間的低通濾波器，可衰減交流進(jìn)線(xiàn)上存在的共模干擾噪聲，阻止它們進(jìn)入電源設(shè)備。共模電端口之間的低通濾波器，可衰減交流進(jìn)線(xiàn)上存在的共模干擾噪聲，阻止它們進(jìn)入電源設(shè)備。共模電感線(xiàn)圈用來(lái)衰減交流進(jìn)線(xiàn)上的共模噪聲，其中感線(xiàn)圈用來(lái)衰減交流進(jìn)線(xiàn)上

14、的共模噪聲，其中L1L1和L2L2一般是在閉合磁路的鐵氧體磁芯上同向卷繞一般是在閉合磁路的鐵氧體磁芯上同向卷繞相同匝數(shù)，接入電路后在相同匝數(shù)，接入電路后在L1L1、L2L2兩個(gè)線(xiàn)圈內(nèi)交流電流產(chǎn)生的磁通相互抵消，不致使磁芯引起磁通兩個(gè)線(xiàn)圈內(nèi)交流電流產(chǎn)生的磁通相互抵消，不致使磁芯引起磁通飽和，又使這兩個(gè)線(xiàn)圈的電感值在共模狀態(tài)下較大，且保持不變。飽和，又使這兩個(gè)線(xiàn)圈的電感值在共模狀態(tài)下較大，且保持不變。差模電感線(xiàn)圈差模電感線(xiàn)圈L3L3、L4L

15、4與差模電容器與差模電容器CXCX構(gòu)成交流進(jìn)線(xiàn)獨(dú)立端口間的一個(gè)低通濾波器，用來(lái)抑制構(gòu)成交流進(jìn)線(xiàn)獨(dú)立端口間的一個(gè)低通濾波器，用來(lái)抑制交流進(jìn)線(xiàn)上的差模干擾噪聲，防止電源設(shè)備受其干擾。交流進(jìn)線(xiàn)上的差模干擾噪聲，防止電源設(shè)備受其干擾。圖2所示的電源噪聲濾波器是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，它具有雙向抑制性能。將它插入在交流電網(wǎng)與電源之所示的電源噪聲濾波器是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，它具有雙向抑制性能。將它插入在交流電網(wǎng)與電源之間，相當(dāng)于這二者的間，相當(dāng)于這二者的EMIEMI噪聲之

16、間加上一個(gè)阻斷屏障，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)源濾波器起到了雙向抑制噪聲之間加上一個(gè)阻斷屏障，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)源濾波器起到了雙向抑制噪聲的作用，從而在各種電子設(shè)備中獲得了廣泛應(yīng)用。噪聲的作用，從而在各種電子設(shè)備中獲得了廣泛應(yīng)用。5噪聲濾波器的主要設(shè)計(jì)原則噪聲濾波器的主要設(shè)計(jì)原則共模電感線(xiàn)圈使用的磁芯有環(huán)形、共模電感線(xiàn)圈使用的磁芯有環(huán)形、E形和形和U形等，材料一般采用鐵氧體，環(huán)形磁芯適用于大電形等，材料一般采用鐵氧體，環(huán)形磁芯適用于大電流小電感量，

17、它的磁路比流小電感量，它的磁路比E形和形和U形長(zhǎng)，沒(méi)有間隙，用較少的圈數(shù)可獲得較大的電感量，由于這些形長(zhǎng)，沒(méi)有間隙，用較少的圈數(shù)可獲得較大的電感量，由于這些特點(diǎn)它具有較佳的頻率特性。而特點(diǎn)它具有較佳的頻率特性。而E形磁芯的線(xiàn)圈泄漏磁通小，故當(dāng)電感漏磁有可能影響其它電路或形磁芯的線(xiàn)圈泄漏磁通小，故當(dāng)電感漏磁有可能影響其它電路或其它電路與共模電感有磁耦合，而不能獲得所需要的噪聲衰減效果時(shí)應(yīng)考慮采用其它電路與共模電感有磁耦合，而不能獲得所需要

18、的噪聲衰減效果時(shí)應(yīng)考慮采用E形磁芯作成共模形磁芯作成共模電感。電感。差模電感線(xiàn)圈一般采用金屬粉壓磁芯，由于粉壓磁芯適用頻率范圍較低，在幾十差模電感線(xiàn)圈一般采用金屬粉壓磁芯，由于粉壓磁芯適用頻率范圍較低，在幾十kHzkHz～幾～幾MHzMHz，其直流重疊特性好，在大電流應(yīng)用時(shí)電感量也不會(huì)大幅下降，最適合作為差模電感。，其直流重疊特性好，在大電流應(yīng)用時(shí)電感量也不會(huì)大幅下降，最適合作為差模電感。圖2中，電源噪聲濾波器使用二種電容器，中，電源噪