電源濾波器

電源濾波器 是由電容、電感和電阻組成的濾波電路，又名「電源EMI濾波器」，或是「EMI電源濾波器」，一種無源雙向網絡，它的一端是電源，另一端是負載。電源濾波器的原理就是一種——阻抗適配網絡：電源濾波器輸入、輸出側與電源和負載側的阻抗適配越大，對電磁干擾的衰減就越有效。濾波器可以對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除，得到一個特定頻率的電源信號，或消除一個特定頻率後的電源信號。 中文名電源濾波器屬 性濾波電路組 成由電容、電感和電阻組成的又 名「電源EMI濾波器」本 質一種無源雙向網絡目 的該頻點以外的頻率進行有效濾除。

目錄

基本簡介

電源濾波器就是對電源線中特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電器設備。電源濾波器的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後的電源信號。利用電源濾波器的這個特性，可以將通過電源濾波器後的一個方波群或複合噪波，變成一個特定頻率的正弦波。大功率電源的濾波器如Satons、UBS、變頻器等將會產生大量諧波電流，這類濾波器需採用有源電力濾波器APF。APF可對2~50次諧波電流進行濾除。

安裝

1、電源濾波器不能存在電磁耦合路徑 ①電源輸入線過長； ②電源濾波器的輸入線和輸出線靠的過近。 此兩種都是不正確的安裝方式，問題的本質在於，濾波器的輸入端電線和它的輸出端電線之間存在有明顯的電磁耦合路徑。這樣一來，存在於濾波器某一端的EMI信號會逃脫濾波器對它的抑制，不經過濾波器的衰減而直接耦合到濾波器的另一端去。因此濾波器輸入與輸出先需有效分開。另外，如上述兩種把電源濾波器都是安裝在設備屏蔽的內部，設備內部電路及元件上的EMI信號會因輻射在濾波器的（電源）端引線上生成EMI信號而直接耦合到設備外面去，使設備屏蔽喪失對內部元件和電路產生的EMI輻射的抑制。當然，如果濾波器（電源）上存在有EMI 信號，也會因輻射而耦合到設備內部的元件和電路上，從而破壞濾波器和屏蔽對EMI 信號的抑制作用。所以起不到效果。 2、不能將線纜綑紮在一塊。一般來說，在電子設備或系統內安裝電源濾波器時要注意的是，在綑紮設備電纜時，千萬不能把濾波器[[（電源）[[端和（負載）端的電線綑紮在一起，因為這無疑加劇了濾波器輸入輸出端之間的電磁耦合，嚴重破壞了濾波器和設備屏蔽對EMI 信號的抑制能力。 3、要儘量避免使用長接地線 電源濾波器輸出端連接變頻器或電機的接線長度不超過30厘米為宜。因為過長的接地線意味着大大增加接地電感和電阻，它會嚴重破壞濾波器的共模抑制能力。較好方法是，用金屬螺釘與星形彈簧墊圈把濾波器的屏蔽牢牢地固定在設備電源入口處的機殼上。 4、電源濾波器輸入線、輸出線必須拉開距離 電源濾波器輸入線、輸出線必須拉開距離，切忌並行，以免降低濾波器效能。 5、電源濾波器外殼與機箱殼必須良好接觸 變頻器專用濾波器金屬殼與機箱殼必須保證良好面接觸，並將接地線接好。 6、電源濾波器的連接線宜選用雙絞線 電源濾波器的輸入、輸出連接線以選用屏蔽雙絞線為佳，它可有效消除部分高頻干擾信號。

目的

電源濾波器的目的是在抑制電磁噪聲，噪聲的影響可分為以下二種： 1）發射（Emissions）：是要將由設備產生，影響電源或其他設備的噪聲降到法規（例如FCC part 15）允許值以下，例如由開關電源產生的噪聲。 2）抗擾（Immunity）：是要將進入設備的噪聲降低到不會使設備出現異常動作的程度，例如用在廣播電台發射設備中的儀器。 電源濾波器要抑制的噪聲可分為以下的二種： 1）共模：在二條（或多條）電源線都相同的噪聲，可視為電源線對地的噪聲。 2）差模：電源線和電源線之間的噪聲。同一個電源濾波器對於共模噪聲及差模噪聲的抑制能力會有所不同，一般會用頻率對應抑制量（以分貝表示）的頻譜來說明。

特性

電源濾波器的目的是在抑制電磁噪聲，噪聲的影響可分為以下二種： 發射（Emissions）：是要將由設備產生，影響電源或其他設備的噪聲降到法規（例如FCC part 15）允許值以下，例如由開關電源產生的聲。 抗擾（Immunity）: 是要將進入設備的噪聲降低到不會使設備出現異常動作的程度，例如用在廣播電台發射設備中的儀器。 電源濾波器要抑制的噪聲可分為以下的二種： 共模：在二條（或多條）電源線都相同的噪聲，可視為電源線對地的噪聲。 差模：電源線和電源線之間的噪聲。 同一個電源濾波器對於共模噪聲及差模噪聲的抑制能力會有所不同，一般會用頻率對應抑制量（以分貝表示）的頻譜來說明。

結構

電源濾波器一般都設計為只由電阻、電容及電感組成的被動濾波器，沒有像晶體管之類的主動元件。右圖是一個電源濾波器的例子，電源濾波器的上方接電源，電源端有一個共模電感，也就是電源的二條線依同一個方向繞在鐵心上，電源線上若有共模訊號，其在共模電感產生的磁場會相加，因此有較大的阻抗，而差模訊號在共模電感產生的磁場會互相抵消，因此可以流過共模電感。電源流過的電流主要是共模的，但上面噪聲也可能會以差模的形式出現，若要抑制差模噪聲，需要另外使用差模電感，或是各相有個別的電感器。 在電源濾波器上會使用特別的安規解耦電容，分為X電容及Y電容二類： X電容：抑制差模干擾（電源線之間的干擾）。 Y電容：抑制共模干擾（各組電源線對地之間的干擾）。 由於Y電容提高會使電器的漏電流增加，而電器的漏電流有其規定範圍，因此Y電容不能太大，一般都會比X電容要小。 X電容和Y電容屬於安規電容，即其失效後不會造成電擊，也不會影響人身安全。二者都有自我復原（self-healing）作用，會使局部短路的部份恢復原來的絕緣狀態。

常見錯誤

在實驗測試過程中，我們常遇到這樣的情況：雖然設計工程師在設備電源線上接了電源濾波器，但是該設備還是不能通過"傳導騷擾電壓發射"測試，工程師懷疑濾波器的濾波效果不好，不斷更換濾波器，仍不能得到理想的效果。 分析設備超標的原因，不外乎以下兩個方面： 1)設備產生的騷擾太強; 2)設備的濾波不足。對於第一種情況，我們可以通過在騷擾源處採取措施，降低騷擾的強度，或者增加電源濾波器的階數，提高濾波器對騷擾的抑制能力來解決。對於第二種情況，除了濾波器自身性能不好以外，濾波器的安裝方式對它的性能影響很大。這一點往往是被設計工程師忽視的。在很多測試中，我們通過更改濾波器的安裝方式就能使設備順利通過測試。下面是一些常見的濾波器錯誤安裝方式對濾波器性能影響的實例。

輸入線太長

許多設備的電源線進入機箱後，經過很長的導線才接到濾波器的輸入端。例如，電源線從機箱後面板輸入，走行到前面板的電源開關，又回到後面板接到濾波器。或者濾波器的安裝位置距離電源線入口較遠，造成引線太長。如圖1所示。 由於電源入口到濾波器輸入端的引線過長，設備產生的電磁騷擾通過電容性或電感性耦合，重新耦合到電源線上，而且騷擾信號的頻率越高，耦合越強，造成實驗失敗。 平行走線有的工程師為了使機箱內部的走線美觀，常常把線纜綑紮在一起，這對電源線是不允許的。如果把電源濾波器的輸入輸出線平行走線或綑紮在一起，由於平行傳輸線之間存在分布電容，這種走線方式相當於在濾波器的輸入輸出線之間並接了一個電容，為騷擾信號提供了一條繞過濾波器的路徑，導致濾波器的性能大幅下降，頻率很高時甚至失效(如圖2所示)。等效電容的大小與導線距離成反比，與平行走線的長度成正比。等效電容越大，對濾波器性能的影響越大。 圖2 平行走線對濾波器的影響

接地和殼體

這種情況也比較普遍。許多工程師安裝濾波器時，濾波器的殼體和機箱之間搭接不良(有絕緣漆);同時，使用的接地線較長，這將導致濾波器的高頻特性變壞，降低濾波性能。由於接地線較長，在高頻時導線的分布電感不能忽視，如果濾波器搭接良好，干擾信號可以通過殼體直接接地。如果濾波器的殼體和機箱之間搭接不良，相當於濾波器的殼體(地)與機箱之間存在一個分布電容，這將導致濾波器高頻時接地阻抗較大，尤其在分布電感和分布電容諧振的頻率附近，接地阻抗趨於無窮。濾波器接地不良對濾波器性能的影響如圖3所示。 從圖3中可以看到，由於濾波器接地不良，接地阻抗較大，有一部分騷擾信號能通過濾波器。為了解決搭接不良，應把機箱上的絕緣漆刮掉，保證濾波器殼體和機箱有良好的電氣連接。在這種安裝方式下，濾波器的殼體和機殼接觸良好，堵住電源線在機箱上的開口，提高了機箱的屏蔽性能;另外，濾波器的輸入輸出線之間有機箱屏蔽相隔離，消除了輸入輸出線之間的騷擾耦合，保證濾波器的濾波性能。 圖3 濾波器接地不良對濾波器性能的影響

對其他零件的影響

1.接地故障斷路器 對於ClassI（有接地的設備）而言，單相電源的二個Y電容會造成流經接地導體電流的增加提高。醫療設備要求接地漏電流不得超過0.5mA，其他保護等級ClassI的設備接地漏電流不得超過3.5mA。也因此Y電容的大小會受到限制若接地漏電保護插座上有多台設備使用電源濾波器，其漏電流可能會累積到30mA，使得漏電保護開關跳脫，因此需使用有延時機能的漏電斷路器，漏電斷路器的額定電流可能需加大。 2.外殼漏電壓 若保護等級ClassI的設備中，接地保護的導體沒有導通，則設備的金屬外殼會有電流流到地。這是Y電容產生的電容分壓的結果，電源對地的電壓約為115伏。一般醫療用的設備其漏電流需小於0.5 mA，其電源濾波器的Y電容會更小，而其電感感值則會對應增加。 3.迴路接地 若一個有接地的設備（如電腦）以非平衡的接線方式接到一個沒有接地的設備，其接地設備的Y電容、信號線的地線及電腦的接地會形成迴路接地，也就是各設備的接地電位不同，造成有電流在各接地點之間流動的情形。