幾種有效開關電源EMI的抑制方案解析

如何正確選用饋通濾波器

隨著電子設備工作頻率的迅速提高，電磁干擾的頻率也越來越高，干擾頻率通常會達到數(shù)百MHz，甚至GHz以上。由于電壓或電流的頻率越高，越容易產(chǎn)生輻射，因此，正是這些頻率很高的干擾信號導致了輻射干擾的問題日益嚴重。因此，對用來解決輻射干擾的濾波器的一個基本要求就是要能對這些高頻干擾信號有較大的衰減，這種濾波器就是射頻干擾濾波器。普通干擾濾波器的有效濾波頻率范圍為數(shù)kHz數(shù)十MHz，而射頻干擾濾波器的有效濾波頻率范圍從數(shù)kHz到GHz以上。

　　按照傳統(tǒng)方式構造的濾波器不能成為射頻濾波器。這是由于兩個原因：第一個原因是：圖1中的旁路電容寄生電感較大（導致串聯(lián)諧振，增加了旁路阻抗），導致電容器在較高的頻率并不具有較低的阻抗，起不到旁路的作用。第二個原因是：濾波器的輸入端和輸出端之間的雜散電容導致高頻干擾信號耦合，使濾波器對高頻干擾失去作用。解決這個問題的方法是用穿心電容作為旁路電容。穿心電容具有非常小的寄生電感，旁路阻抗非常小，并且由于采用隔離安裝方式，消除了輸入輸出端之間的高頻耦合。

　　本樣本中的各種射頻濾波器都是基于穿心電容制造的，并且安裝方式都是饋通形式的（輸入與輸出被金屬板隔離）。

　　雖然本樣本中的射頻濾波器品種很多，但是每一種型號在設計時都考慮了具體使用場合的要求，使設計師能夠在性能、體積、成本等方面獲得滿意的結果。選擇射頻濾波器需要考慮的因素有：

　　截止頻率：濾波器的插入損耗大于3dB的頻率點稱為濾波器的截止頻率，當頻率超過截止頻率時，濾波器就進入了阻帶，在阻帶，干擾信號會受到較大的衰減。根據(jù)使用濾波器的場合不同（信號電纜濾波還是電源線濾波），可以用兩個方法來確定濾波器的截止頻率。在對信號電纜進行濾波時，根據(jù)有效信號的帶寬來確定，截止頻率要大于信號的帶寬，這樣才能保證有用信號不被衰減。在對電源線或直流信號線，濾波時，由于有效信號的頻率很低，信號失真的問題不是主要因素，因此主要根據(jù)干擾信號的頻率來定，要使干擾頻率全部落在濾波器的阻帶內。濾波器的截止頻率越低，濾波器的尺寸越大，價格越高，因此沒有必要時（干擾的頻率不是很低時），不要盲目選用截止頻率過低的濾波器。

　　插入損耗：指濾波器在阻帶的損耗數(shù)值（dB），每一種濾波器都有一張插入損耗與頻率對應的表格，選用濾波器時，根據(jù)干擾信號的頻率和需要衰減的程度確定對插入損耗的要求。需要注意的一點是，產(chǎn)品樣本上給出的插入損耗是在50系統(tǒng)中測量的，實際使用條件如果不是50，插入損耗會有差異。

　　額定電壓：濾波器在正常工作時能夠長時間承受的電壓，要注意正確選用直流和交流品種，在交流應用場合絕對不能使用直流的品種，否則容易發(fā)生擊穿。由于幾乎所有的電磁兼容試驗都有脈沖干擾的項目，因此在選用濾波器時要考慮這種高壓脈沖干擾的作用，耐壓值需要留有一定的富裕量。

　　額定電流：濾波器在正常工作時能夠長時間流過的電流值，額定電流由濾波器的引線直徑?jīng)Q定，線徑越大，額定電流越大。對于濾波器組件，額定電流還與電感線圈的飽和特性有關，當電流超過額定電流時，濾波器的性能會下降。

　　工作溫度范圍：濾波器件能保證預定性能和正常工作時所處的環(huán)境溫度，本樣本中的濾波器件除了特別標出的以外，工作溫度范圍為有-55-+125C。

　　濾波器的體積：濾波器的體積與濾波器的額定工作電壓、工作電流、截止頻率、插入損耗以及制造工藝有關。電氣性能基本相同的濾波器，由于不同的制造工藝而導致不同的體積，電氣性能接近時，體積較大的濾波器價格較低（適合安裝空間較大的場合）。

　　射頻濾波器的安裝方式對濾波器的性能有很大影響。首先射頻干擾濾波器必須以金屬板為隔離板，將濾波器的輸入和輸出隔離開。其次，濾波器要與金屬板之間保持低阻抗的接觸，以保證濾波電容的旁路效果。最好將濾波器安裝在鍍錫或鋅的鋁板或鋼板上。為了保證可靠的連接，一般要在濾波器的安裝法蘭與隔離板之間安裝內齒墊片，而不能使用導電膠之類的物質來達到可靠連接的目的。需要注意的問題是，不同金屬的接觸面之間會發(fā)生電化學腐蝕，導致接觸阻抗增加。有些設備經(jīng)過一段時間使用后，干擾情況變得嚴重，就是由于濾波器的接地阻抗增加導致的。特別是當濾波器的低頻濾波效果降低時，要考慮這種因素。

　 濾波器類型

　　C 型饋通濾波器

　　是一種避免高頻對地的噪音干擾的低自感應裝置，成本低廉，適合應用于高阻抗源和高負載的場合。

　　L 型濾波器

　　這是款帶有電感元件和電容元件的饋通濾波器，這種濾波器典型用于帶有低阻抗源和高阻抗負載的電路中，反之亦然。注意：其電感元件應當面向低阻抗源。

　　Pi 型濾波器

　　Pi型濾波器是由兩個電容元件和在兩個電容元件之間的一個電感元件組成，對阻抗源和負載均表現(xiàn)為低阻抗。Pi型濾波器比C型，L型結構提供更好的高頻濾波性能。

　　T型濾波器

　　T型濾波器由兩個電感元件和一個電容元件組成。其電路結構表現(xiàn)為從任何一端的輸入均為高阻抗。它和Pi型濾波結構相似，但沒有Pi型濾波器應用廣泛，可應用于開關轉換領域。