电磁兼容滤波问题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90页干扰源干扰源滤波设计技术滤波设计技术?O.K. 第2页/共90页3 滤波器分类滤波器分类第3页/共90页4电磁干扰滤波器电磁干扰滤波器第4页/共90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90页6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6页/共90页7 按频率特性分类按频率特性分类 第7页/共90页8衰减衰减衰减衰减低通带通高通带阻3dB截止频率第8页/共90页9第9页

2、/共90页电容的作用电容的作用滤波设计技术滤波设计技术ZfCfZC21第10页/共90页电感的作用电感的作用滤波设计技术滤波设计技术LfZC2Zf第11页/共90页电容和电感的作用电容和电感的作用CLoadLoadLAC mains pathRF path滤波设计技术滤波设计技术第12页/共90页电容的滤波特性电容的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术VSZSZTV0ZcVSZSZTVTSTSTVZZZV0STSCTSCTTVZZZZZZZV)(第13页/共90页电容的滤波特性电容的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术)(10TSCTSTZZZZZVVA)()/1(log2010dBZZZILCTS

3、插入损耗（插入损耗（IL IL）ZS = ZT = 50W W第14页/共90页电感的滤波特性电感的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术VSZSZTV0STSTVZZZV0SLTSTTVZZZZVZLVSZSZTVT第15页/共90页电感的滤波特性电感的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术TSLTZZZVVA10)()1(log2010dBZZZILTSL 插入损耗（插入损耗（IL IL）ZS = ZT = 50W W第16页/共90页电感、电容组合电路的滤波特性电感、电容组合电路的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术SSCLTSCTCTVZZZZZZZZV)( )(ZLVSZSZTVTZc)(/1TLC

4、ZZZZSSCVZZZV11CLTTTVZZZV第17页/共90页电感、电容组合电路的滤波特性电感、电容组合电路的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术)(log2010dBAIL 插入损耗（插入损耗（IL IL）TSTSTLCSTZZZZZZZZVVA1)1()1(0第18页/共90页电感、电容组合电路的滤波特性电感、电容组合电路的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术 插入损耗（插入损耗（IL IL）ILZZCSILZZTLZLVSZSZTVTZc第19页/共90页电感、电容组合电路的滤波特性电感、电容组合电路的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术 插入损耗（插入损耗（IL IL）L=100uHC=100

5、nF051015202530020406080100120frequency(MHz)IL (dB)insertion loss50/50100/0.10.1/100第20页/共90页电感、电容组合电路的滤波特性电感、电容组合电路的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术 插入损耗（插入损耗（IL IL）L=1uHC=1nF051015202530-15-10-505101520253035frequency(MHz)IL (dB)insertion loss50/500.1/100100/0.1第21页/共90页电感、电容组合电路的滤波特性电感、电容组合电路的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术STCL

6、STCTCTVZZZZZZZZV)( )(ZLVSZSZTVTZc第22页/共90页电感、电容组合电路的滤波特性电感、电容组合电路的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术)(log2010dBAIL 插入损耗（插入损耗（IL IL）STSTSLCTTZZZZZZZZVVA1)1( )1(0第23页/共90页电感、电容组合电路的滤波特性电感、电容组合电路的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术 插入损耗（插入损耗（IL IL）ILZZCTILZZSLZLVSZSZTVTZc第24页/共90页电感、电容组合电路的滤波特性电感、电容组合电路的滤波特性滤波设计技术滤波设计技术 插入损耗（插入损耗（IL IL）L=

7、100uHC=100nF051015202530020406080100120frequency(MHz)IL (dB)insertion loss100/0.150/500.1/100第25页/共90页26 干扰滤波器多为干扰滤波器多为低通低通滤波器滤波器 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26页/共90页低通滤波电路的几种类型低通滤波电路的几种类型滤波设计技术滤波设计技术T 型型型型L1 型型L2

8、型型第27页/共90页28 低通低通/ /反射反射滤波器类型滤波器类型CTL反q 电容并联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。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。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

9、抗和负载阻抗。第28页/共90页2920406080100 fc 10fc 100fc 1000fc 5阶阶 4阶阶 3阶阶 2阶阶 1阶阶20N/十倍频程十倍频程6N/倍频程倍频程插入损耗插入损耗dB过渡带与器件数量的关系过渡带与器件数量的关系 每增加一个器件，过渡带的每增加一个器件，过渡带的斜率斜率增加增加 20dB/十倍频程，或十倍频程，或 6dB/倍频程。倍频程。第29页/共90页30 确定滤波器阶数确定滤波器阶数50 100欲衰减欲衰减20dB4 6=24 20至少至少4阶滤波器阶滤波器10 1001 20 = 201阶滤波器就可以了阶滤波器就可以了为了保险，可用为了保险，可用2阶阶

10、欲衰减欲衰减20dBL、C的数值决定截止频率的数值决定截止频率阶数决定过渡带的陡度阶数决定过渡带的陡度第30页/共90页31 根据阻抗选用滤波电路根据阻抗选用滤波电路 源阻抗源阻抗 电路结构电路结构 负载阻抗负载阻抗 高高 C、 、多级、多级 高高 高高 、多级、多级 低低 低低 反反 、多级反、多级反 高高 低低 L、多级、多级L 低低第31页/共90页32n网络解释：滤波器看作二端口网络，反射系数在输入和输出端分别为 LoutLoutoutZZZZinsinsinZZZZ 规律：电容对高阻，电感对低阻 源阻抗源阻抗 电路结构电路结构 负载阻抗负载阻抗 高高 C、 、多级、多级 高高 高高

11、、多级、多级 低低 低低 反反 、多级反、多级反 高高 低低 L、多级、多级L 低低第32页/共90页33器件参数的确定器件参数的确定LCRR L = R / 2FC C = 1 / 2RFC对于T形（多级T）和 形（多级）电路，最外边的电感或电容取 L/2 和 C/2，中间的不变。巴特沃斯，切比雪夫，贝塞尔等方式巴特沃斯，切比雪夫，贝塞尔等方式 后论后论 第33页/共90页34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

12、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34页/共90页35 形滤波电路： IL = 20lg（L /ZS）+ LC2 ， ZS ZL 反 形滤波电路： IL = 20lg（L /ZL）+ LC2 ， ZS ZL ； T形滤波电路：IL = 20lg2LC + （L2C3 + 2L）/（ZS+ZL） ZS、ZL 50W；反第35页/共90页36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 0.01F 12.6 3300 pF 19.3 1100 p

13、F 33 680 pF 42.5 330 pF 60实际电容1/2 LCCL巧用谐振点第36页/共90页37第37页/共90页38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

14、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38页/共90页39 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

15、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的三端电容（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联电形滤波器，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。感。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

16、三端电容两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。衰减谐振频率后移第39页/共90页40 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：寄生电容耦合，两个因素：寄生电容耦合，接地线的电感。三端

17、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40页/共90页41 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：当穿心电容的外壳与面板之间在接地电感小：当穿心电容的外壳与面板之间在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

18、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。 穿心电容的滤波范围可以达到数GHz以上第41页/共90页42第42页/共90页43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43页/共90页44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

19、-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44页/共90页45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45页/共90页46第46页/共90页47实际电感

20、器的特性实际电感器的特性 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47页/共90页48第48页/共90页49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。CTCCTT第49页/共90页50磁芯磁芯/ /绕线方式绕线方式对寄生电容的影响对寄生电容

21、的影响铁粉芯铁粉芯(非导电）非导电） C = 4.28pf C = 3.48pf 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。绕线方式第50页/共90页51 减小电感寄生电容的方减小电感寄生

22、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：用介电常数用介电常数低低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离第51页/共90页52分组绕制 ：（要求高时，用大电感和小电感串联起来使用）n 总电容是两寄生电容的串联，总容量比每段的寄生容量小n电感分解成较大的电感和较小电感的串联，使电感的带宽扩展。代价是体积和成本。并引入了额外的串联谐振点

23、。谐振点上阻抗很小。第52页/共90页53 电感磁芯的选用电感磁芯的选用 锰锌：锰锌： r = 500 10000，R = 0.1100W Wm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 = 1k 1MW Wm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53页/共90页54 电感量与饱和电流

24、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需要调整磁芯的尺寸（D1，2 /S），使额定电流小于，使额定电流小于

25、I Imax 第54页/共90页55第55页/共90页56利用共模扼流圈利用共模扼流圈避免电感饱避免电感饱和和p 这种电感只对共模干扰电流有抑制作用，而对差模电这种电感只对共模干扰电流有抑制作用，而对差模电流没有影响，因此叫共模扼流圈。流没有影响，因此叫共模扼流圈。q 寄生差模电感的好处：部分漏磁产生差模电感。寄生寄生差模电感的好处：部分漏磁产生差模电感。寄生差模电感的存在可以对差模干扰有一定的抑制作用。在差模电感的存在可以对差模干扰有一定的抑制作用。在设计滤波器时，可以将这种因素考虑进来。设计滤波器时，可以将这种因素考虑进来。 有意增加漏磁，有意增加漏磁， 利用差模电感利用差模电感第56页/

26、共90页57q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铁氧体铁氧体吸收型滤波器是目前应用发展很快的一种吸收型滤波器是目前应用发展很快的一种低通低通滤波器滤波器。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

27、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吸收式滤波器吸收式滤波器第57页/共90页58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 j 第58页/共90页59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

28、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59页/共90页60第60页/共90页61第61页/共90页62 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62页/共90页63第63页/共90页64 共模干扰和差模干扰共模干扰和差模干扰cIcIp 相中（相中（UPG），中地（），中地（ UN G）共模电流共模电流 I C， 相中（相中（UP

29、N）差模电路差模电路 I Dp 可看作独立干扰来研究可看作独立干扰来研究p 需同时滤波抑制需同时滤波抑制PGNGPGNGCDU+UUUU =, U=22第64页/共90页65cIcI电源线滤波器的基本电路共模扼流圈差模电容共模电容第65页/共90页66第66页/共90页67第67页/共90页68第68页/共90页69第69页/共90页70第70页/共90页71损耗频率频率理想滤波器特性实际滤波器特性一般产品说明书上给出的数据是50W条件下的测试结果。30MHz越来越受到关注越来越受到关注电源线滤波器的特性第71页/共90页72或精心绕制或多个电感串联精心绕制或多个电感串联改善滤波器高频特性的方法第72页/共90页73第73页/共90页74第74页/共90页75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75页/共90页76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76页/共90页77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