电磁兼容滤波江滨浩PPT课件

1、1滤波器的作用滤波器的作用切断干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完善的干扰防护。信号滤波器电源滤波器第1页/共58页2 滤波器分类滤波器分类第2页/共58页3第3页/共58页4显然，当显然，当 时，时，IL大于零，大于零，IL越大，滤波效果越好越大，滤波效果越好21VV第4页/共58页5 频率范围宽 阻抗不确定频率范围宽，过渡带窄； 阻抗不确定，变化范围宽第5页/共58页6第6页/共58页7 干扰滤波器多为低通滤波干扰滤波器多为低通滤波器器 因为q电磁干扰大多频率较高的信号，因为频率越高的信号越容易辐射和耦合q 数字电路中许多高次谐波是电路工作所不需要的，必须滤除，防止对其它电路产

2、生干扰。q 电源线上的杂波有较高频率较高q频率较高时，杂散电容和电感之间的相互串扰严重第7页/共58页8 反射式滤波器反射式滤波器q 工作原理是把不需要的频率成分反射回骚扰源，而让需要的频率成分的能量通工作原理是把不需要的频率成分反射回骚扰源，而让需要的频率成分的能量通过滤波器施加于负载。过滤波器施加于负载。 q 反射式滤波器通常由电抗元件反射式滤波器通常由电抗元件( (如电感器、电容器如电感器、电容器) )组合构成无源网络组合构成无源网络。q 在通带内提供低的串联阻抗和高的并联阻抗，而在阻带内提供高的串联阻抗和在通带内提供低的串联阻抗和高的并联阻抗，而在阻带内提供高的串联阻抗和低的并联阻抗，

3、对骚扰电流建立一个高的串联阻抗和低的并联阻抗通路低的并联阻抗，对骚扰电流建立一个高的串联阻抗和低的并联阻抗通路。第8页/共58页9 低通滤波器类型低通滤波器类型CTL反q 电容并联在要滤波的信号线与信号地线之间（滤除差模干扰电流）或信号线与电容并联在要滤波的信号线与信号地线之间（滤除差模干扰电流）或信号线与机壳地或大地之间（滤除共模干扰电流），电感串联在要滤波的信号线上。机壳地或大地之间（滤除共模干扰电流），电感串联在要滤波的信号线上。q 电路中的滤波器件越多，则滤波器阻带的衰减越大，滤波器通带与阻带之间的电路中的滤波器件越多，则滤波器阻带的衰减越大，滤波器通带与阻带之间的过渡带越短。过渡带越

4、短。q 不同结构的滤波电路适合于不同的源阻抗和负载阻抗。不同结构的滤波电路适合于不同的源阻抗和负载阻抗。第9页/共58页10插入损耗的估算插入损耗的估算 fco = 1/(2 Rp C)Zs、ZL并联并联CIL = 20 lg( CRp)ILIL = 20 lg( L/Rs) fco = Rs/(2 L）Zs、ZL串联串联ZsLZs 假设电感、电容是理想器件，这是不符合实际情况的假设电感、电容是理想器件，这是不符合实际情况的 ZLZL第10页/共58页11实际电容器的特性实际电容器的特性ZC理想电容f引线长1.6mm的陶瓷电容器 电容量 谐振频率(MHZ) 1 F 1.7 0.1 F 4 0.

5、01F 12.6 3300 pF 19.3 1100 pF 33 680 pF 42.5 330 pF 60实际电容1/2 LCCL电感分量是由引线和电容结构所决定的第11页/共58页12克服电容克服电容非非理想性的方法理想性的方法 大大容容量量 频率频率衰减衰减小电容大电容大电容并联电容小容量小容量v 美中不足美中不足：在大电容的谐振频率和小电容的谐振频率之间，大电容呈在大电容的谐振频率和小电容的谐振频率之间，大电容呈现电感特性（阻抗随频率升高增加），小电容呈现电容特性，实际是一个现电感特性（阻抗随频率升高增加），小电容呈现电容特性，实际是一个LC并联网络，这个并联网络，这个LC并联网络在会

6、在某个频率上发生并联谐振，导致其阻并联网络在会在某个频率上发生并联谐振，导致其阻抗为无限大，这时电容并联网络实际已经失去旁路作用。如果刚好在这个频抗为无限大，这时电容并联网络实际已经失去旁路作用。如果刚好在这个频率上有较强的干扰，就会出现干扰问题。若将大、中、小三种容值的电容并率上有较强的干扰，就会出现干扰问题。若将大、中、小三种容值的电容并联起来使用，会有更多的谐振点，滤波器在更多的频率上失效。联起来使用，会有更多的谐振点，滤波器在更多的频率上失效。 简单的方案简单的方案：大小电容并联，大电容抑制低频干扰、小电容抑制高频。：大小电容并联，大电容抑制低频干扰、小电容抑制高频。第12页/共58页

7、13 三端电容器的原理三端电容器的原理引线电感与电容一引线电感与电容一起构成了一个起构成了一个T形形低通滤波器低通滤波器在引线上安装两个在引线上安装两个磁珠滤波效果更好磁珠滤波效果更好地线电感起地线电感起着不良作用着不良作用三端电容普通电容普通电容 30 702060401GHzq 三端电容（比较流行的方法）：一个电极上的两根引线串联在需要滤波三端电容（比较流行的方法）：一个电极上的两根引线串联在需要滤波的导线中。导线电感与电容构成了一个的导线中。导线电感与电容构成了一个T形滤波器，消除了一个电极上的串形滤波器，消除了一个电极上的串联电感。三端电容比普通电容具有更高的谐振频率和滤波效果。联电感

8、。三端电容比普通电容具有更高的谐振频率和滤波效果。并并可在三端可在三端电容两个相连的引线上套两个铁氧体磁主，进一步提高电容两个相连的引线上套两个铁氧体磁主，进一步提高T形滤波器的效果。形滤波器的效果。插入损耗插入损耗第13页/共58页14 三端电容器的不足三端电容器的不足寄生电容造成输入寄生电容造成输入 端、输出端耦合端、输出端耦合接地电感造成旁接地电感造成旁路效果下降路效果下降q 中间的接地线越短越好，中间的接地线越短越好，避免两侧的引线的平行部分避免两侧的引线的平行部分过长，否则高频滤波效果会过长，否则高频滤波效果会打很大折扣。打很大折扣。 q 制约着其制约着其高频高频效果的效果的两个因素

9、：寄生电容耦合，两个因素：寄生电容耦合，接地线的电感。三端电容接地线的电感。三端电容的 滤 波 效 果 一 般 在的 滤 波 效 果 一 般 在300MHz以下。以下。第14页/共58页15 穿心电容更胜一筹穿心电容更胜一筹金属板隔离输金属板隔离输入输出端入输出端 一周接地，一周接地，电感很小电感很小q 接地电感小：当穿心电容的外客与面板之间在接地电感小：当穿心电容的外客与面板之间在360的范围内连接时，连接电的范围内连接时，连接电感是很小的。因此，在高频时，能够提供很好的旁路作用。感是很小的。因此，在高频时，能够提供很好的旁路作用。q 输入输出没有耦合：用于安装穿心电容的金属板起到了隔离板的

10、作用，使滤波输入输出没有耦合：用于安装穿心电容的金属板起到了隔离板的作用，使滤波器的输入端和输出端得到了有效的隔离，避免了高频时的电容耦合现象。器的输入端和输出端得到了有效的隔离，避免了高频时的电容耦合现象。 第15页/共58页16穿心电容的插入损耗穿心电容的插入损耗穿心电容穿心电容插入损耗插入损耗频率频率1GHz普通电容普通电容理想电容理想电容q 穿心电容的阻抗接近理想电容，穿心电容的阻抗接近理想电容，只是在某个频率会出现一个凹陷。只是在某个频率会出现一个凹陷。第16页/共58页17温度对陶瓷电容容量的影响温度对陶瓷电容容量的影响125-309030% C0.15-0.150-551255-

11、150-55-10-5COGX7R-6020-300Y5V% C% Cq 陶瓷电容滤波器是钛酸铝等陶瓷材料制成，其工作原理是陶瓷电容滤波器是钛酸铝等陶瓷材料制成，其工作原理是利用陶瓷材料的压电效应将电信号转换为机接信号，再将机利用陶瓷材料的压电效应将电信号转换为机接信号，再将机接信号转换为机接电信号。温度的稳定性差接信号转换为机接电信号。温度的稳定性差。第17页/共58页18电压对陶瓷电容容量的影响电压对陶瓷电容容量的影响COGX7RY5V200-20-40-60-800 20 40 60 80 100 %额定电压（额定电压（Vdc）% C第18页/共58页19实际电感器的特性实际电感器的特性

12、 电感量电感量 （ H） 谐振频率谐振频率 (MHZ) 3.4 45 8.8 28 68 5.7 125 2.6 500 1.2f 绕在铁粉芯上的电感绕在铁粉芯上的电感ZL理想电感实际电感1/2 LCLC第19页/共58页20电感寄生电容的来源电感寄生电容的来源每圈之间的电容每圈之间的电容 CTT导线与磁芯之间的电容导线与磁芯之间的电容CTC磁芯为导体时，磁芯为导体时，CTC为主要因素，为主要因素，磁芯为非导体时，磁芯为非导体时，CTT为主要因素。为主要因素。第20页/共58页21磁芯对电感寄生电容的影响磁芯对电感寄生电容的影响铁粉芯铁粉芯(非导电）非导电） C = 4.28pf C = 3.

13、48pf 19% 铁氧体（锰锌）铁氧体（锰锌） C = 51pf C = 49pf 4%q 铁粉芯作磁芯时，由于它不导电，不仅寄生电容很小，而且当将绕线方式改为铁粉芯作磁芯时，由于它不导电，不仅寄生电容很小，而且当将绕线方式改为松散绕制时，电容下降了将近松散绕制时，电容下降了将近20%。q 用锰锌铁氧体作磁芯时，由于这种材料导电率较高，不仅电容量较大，而且与用锰锌铁氧体作磁芯时，由于这种材料导电率较高，不仅电容量较大，而且与绕线方式关系不大。绕线方式关系不大。第21页/共58页22 减小电感寄生电容的方减小电感寄生电容的方法法然后：然后：起始端与终止端远离（夹角大于起始端与终止端远离（夹角大于

14、40度）度）尽量单层绕制，并增加匝间距离尽量单层绕制，并增加匝间距离多层绕制时，多层绕制时， 采用采用“渐进渐进”方式绕，不要来回绕。方式绕，不要来回绕。如果磁芯是导体，首先：如果磁芯是导体，首先： 用介电常数低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离用介电常数低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离第22页/共58页23第23页/共58页24 电感磁芯的选用电感磁芯的选用 锰锌：锰锌： r = 500 10000，R = 0.1100 m铁粉磁芯：不易饱和、铁粉磁芯：不易饱和、导磁率低导磁率低，作差模扼流圈的磁芯，作差模扼流圈的磁芯铁氧体：最常用铁氧体：最常用镍锌：镍锌： r = 10 100，R =

15、 1k 1M m超微晶：超微晶： r 10000，做大电感量共模扼流圈的磁心，做大电感量共模扼流圈的磁心v 空心线圈的电感量很小，使用导磁率空心线圈的电感量很小，使用导磁率较高的材料作磁芯可大大地增加电感量。较高的材料作磁芯可大大地增加电感量。 第24页/共58页25 电感量与饱和电流的计算电感量与饱和电流的计算SD1D2饱和电流： Imax = Bmax S (D1-D2)/2L电感量： L （nH）= 0.2 N2 r S(mm) ln (D1/D2)电感量电感量厂家手册给出厂家手册给出 厂家经常给出每匝的电感量厂家经常给出每匝的电感量“AL”，则，则 L （nH）= AL N2 当电感磁

16、芯发生饱和时，电感量变小，失去对干扰的抑制当电感磁芯发生饱和时，电感量变小，失去对干扰的抑制作用。若额定电流大于作用。若额定电流大于饱和电流（饱和电流（I Imax），就会发生饱和，），就会发生饱和，需要调整磁芯的尺寸，使额定电流小于需要调整磁芯的尺寸，使额定电流小于I Imax 第25页/共58页26吸收式滤波器吸收式滤波器q吸收式滤波器是由有耗器件构成的，在阻带内吸收躁吸收式滤波器是由有耗器件构成的，在阻带内吸收躁声的能量转化为热损耗，从而起到滤波作用。声的能量转化为热损耗，从而起到滤波作用。q铁氧体吸收型滤波器是目前应用发展很快的一种铁氧体吸收型滤波器是目前应用发展很快的一种低通低通滤波

17、器滤波器。铁氧体是一种由铁、镜、锌氧化物混合而成，。铁氧体是一种由铁、镜、锌氧化物混合而成，具有很高的电阻率，较高的磁导率具有很高的电阻率，较高的磁导率( (约为约为100100一一1500) 1500) 磁性材料。磁性材料。低频电流可以几乎无衰减地通过铁氧体，高频电流却会受到很大的损耗，转变成热量散发。它可以等效为电阻和电感的串联。电阻值和电感量都是随着频率而变化的第26页/共58页27铁氧体的铁氧体的相对导磁常数相对导磁常数磁性体材料诱电体材料High 电 / High 磁 材料e e100100101101102102103103104104105105 相对导磁常数: ur相对介电常数

18、 j 第27页/共58页28铁氧体滤波机理铁氧体滤波机理 Z(f）Z(f)RZL ZfKjKq 在低频，磁芯的磁导率较高，磁芯的损耗较小，整个器件是在低频，磁芯的磁导率较高，磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高一个低损耗、高Q特性的电感。特性的电感。q 高频：阻抗由电阻成分构成。随着频率升高，磁芯的磁导率高频：阻抗由电阻成分构成。随着频率升高，磁芯的磁导率降低，磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加。当降低，磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加。当高频信号通过铁氧体时，电磁能量以热的形式耗散掉。高频信号通过铁氧体时，电磁能量以热的形式耗散掉。 第28页/共58页29第29

19、页/共58页30第30页/共58页31 电源线滤波器电源线滤波器电源线的传导骚扰电压电源线的传导骚扰电压第31页/共58页32第32页/共58页33 共模干扰和差模干扰共模干扰和差模干扰cIcIp 相中相中/中地共模电流，中地共模电流，相中差模电路相中差模电路p 可看作独立干扰来研究可看作独立干扰来研究第33页/共58页34源源端端负负载载端端第34页/共58页35第35页/共58页36第36页/共58页37第37页/共58页38第38页/共58页39第39页/共58页40第40页/共58页41第41页/共58页42信号滤波器的安装位置信号滤波器的安装位置板上滤波器无屏蔽的场合无屏蔽的场合滤波

20、器靠近被滤波导线的靠近器件或线路板一端。有屏蔽的场合：在屏蔽界面上有屏蔽的场合：在屏蔽界面上第42页/共58页43板上滤波器的注意事项板上滤波器的注意事项滤波器要并排安装线路板的干净地与金属机箱或大金属板紧密搭接为滤波设置干净地在接口处设置档板滤波器靠近接口第43页/共58页44面板上滤波的简易（临时）方法面板上滤波的简易（临时）方法容量适当的瓷片电容或独石电容，引线尽量短容量适当的瓷片电容或独石电容，引线尽量短第44页/共58页45电缆滤波的方法电缆滤波的方法连接器连接器屏蔽盒屏蔽盒馈通滤波器馈通滤波器第45页/共58页46面板安装滤波器注意事项面板安装滤波器注意事项滤波器与面板之滤波器与面板之间必须使用电磁间必须使用电磁密封衬垫！密封衬垫！第46页/共58页47 使用使用 形滤波器的注意事项形滤波器的注意事项滤波器接地阻抗滤波器接地阻抗预期干扰电流路径预期干扰电流路径实际干扰电流路径实际干扰电流路径第47页/共58页48 开关电源噪声开关电源噪声q 原因：非线性和开关工作模式原因：非线性和开关工作模式,v 50Hz的奇次谐波（的奇次谐波（1、3、5、7 ）非线性非线性v 开关频率的基频和谐波（开关频率的基