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电源滤波器

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电源滤波器要抑制的噪声可分为以下的二种:
1)共模:在二条(或多条)电源线都相同的噪声,可视为电源线对地的噪声。
2)差模:电源线和电源线之间的噪声。 同一个电源滤波器对于共模噪声及差模噪声的抑制能力会有所不同,一般会用频率对应抑制量(以分贝表示)的频谱来说明。
==特性==
电源滤波器的目的是在抑制电磁噪声,噪声的影响可分为以下二种:
发射(Emissions):是要将由设备产生,影响电源或其他设备的噪声降到法规(例如FCC part 15)允许值以下,例如由开关电源产生的 声。
抗扰(Immunity): 是要将进入设备的噪声降低到不会使设备出现异常动作的程度,例如用在广播电台发射设备中的仪器。
电源滤波器要抑制的噪声可分为以下的二种:
1)设备产生的骚扰太强;
2)设备的滤波不足。对于第一种情况,我们可以通过在骚扰源处采取措施,降低骚扰的强度,或者增加电源滤波器的阶数,提高滤波器对骚扰的抑制能力来解决。对于第二种情况,除了滤波器自身性能不好以外,滤波器的安装方式对它的性能影响很大。这一点往往是被设计工程师忽视的。在很多测试中,我们通过更改滤波器的安装方式就能使设备顺利通过测试。下面是一些常见的滤波器错误安装方式对滤波器性能影响的实例。
 [[File:1c950a7b02087bf48d20f986f3d3572c10dfcf95.jpg|缩略图 [https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/1c950a7b02087bf48d20f986f3d3572c10dfcf95?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_220,h_220,limit_ 原图链接][https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/1c950a7b02087bf48d20f986f3d3572c10dfcf95?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_220,h_220,limit_ 图片来源百度]]]
==输入线太长==
许多设备的电源线进入机箱后,经过很长的导线才接到滤波器的输入端。例如,电源线从机箱后面板输入,走行到前面板的电源开关,又回到后面板接到滤波器。或者滤波器的安装位置距离电源线入口较远,造成引线太长。如图1所示。
平行走线有的工程师为了使机箱内部的走线美观,常常把线缆捆扎在一起,这对电源线是不允许的。如果把电源滤波器的输入输出线平行走线或捆扎在一起,由于平行传输线之间存在分布电容,这种走线方式相当于在滤波器的输入输出线之间并接了一个电容,为骚扰信号提供了一条绕过滤波器的路径,导致滤波器的性能大幅下降,频率很高时甚至失效(如图2所示)。等效电容的大小与导线距离成反比,与平行走线的长度成正比。等效电容越大,对滤波器性能的影响越大。
图2 平行走线对滤波器的影响
[[File:Fcfaaf51f3deb48f797d08b1f11f3a292df5784d.jpg|缩略图 [https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/fcfaaf51f3deb48f797d08b1f11f3a292df5784d?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_220,h_220,limit_ 原图链接][https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/fcfaaf51f3deb48f797d08b1f11f3a292df5784d?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_220,h_220,limit_图片来源百度 ]]]
==接地和壳体==
这种情况也比较普遍。许多工程师安装滤波器时,滤波器的壳体和机箱之间搭接不良(有绝缘漆);同时,使用的接地线较长,这将导致滤波器的高频特性变坏,降低滤波性能。由于接地线较长,在高频时导线的分布电感不能忽视,如果滤波器搭接良好,干扰信号可以通过壳体直接接地。如果滤波器的壳体和机箱之间搭接不良,相当于滤波器的壳体(地)与机箱之间存在一个分布电容,这将导致滤波器高频时接地阻抗较大,尤其在分布电感和分布电容谐振的频率附近,接地阻抗趋于无穷。滤波器接地不良对滤波器性能的影响如图3所示。
从图3中可以看到,由于滤波器接地不良,接地阻抗较大,有一部分骚扰信号能通过滤波器。为了解决搭接不良,应把机箱上的绝缘漆刮掉,保证滤波器壳体和机箱有良好的电气连接。在这种安装方式下,滤波器的壳体和机壳接触良好,堵住电源线在机箱上的开口,提高了机箱的屏蔽性能;另外,滤波器的输入输出线之间有机箱屏蔽相隔离,消除了输入输出线之间的骚扰耦合,保证滤波器的滤波性能。
图3 滤波器接地不良对滤波器性能的影响
[[File:D01373f082025aaff73ad7a4faedab64034f1a50.jpg|缩略图 [https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/d01373f082025aaff73ad7a4faedab64034f1a50?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_220,h_220,limit_ 原图链接][https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/d01373f082025aaff73ad7a4faedab64034f1a50?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_220,h_220,limit_ 图片来源百度]]]
==对其他零件的影响==
1. 接地故障断路器
对于ClassI(有接地的设备)而言,单相电源的二个Y电容会造成流经接地导体电流的增加提高。医疗设备要求接地漏电流不得超过0.5mA,其他保护等级ClassI的设备接地漏电流不得超过3.5mA。也因此Y电容的大小会受到限制若接地漏电保护插座上有多台设备使用电源滤波器,其漏电流可能会累积到30mA,使得漏电保护开关跳脱,因此需使用有延时机能的漏电断路器,漏电断路器的额定电流可能需加大。
2. 外壳漏电压
若保护等级ClassI的设备中,接地保护的导体没有导通,则设备的金属外壳会有电流流到地。这是Y电容产生的电容分压的结果,电源对地的电压约为115伏。一般医疗用的设备其漏电流需小于0.5 mA,其电源滤波器的Y电容会更小,而其电感感值则会对应增加。
3. 回路接地
若一个有接地的设备(如电脑)以非平衡的接线方式接到一个没有接地的设备,其接地设备的Y电容、信号线的地线及电脑的接地会形成回路接地,也就是各设备的接地电位不同,造成有电流在各接地点之间流动的情形。
emi滤波器[[File:21a4462309f79052dc28841d0ff3d7ca7bcbd5da.jpg|缩略图 [https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/21a4462309f79052dc28841d0ff3d7ca7bcbd5da?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_235,h_235,limit_ 原图链接][https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/21a4462309f79052dc28841d0ff3d7ca7bcbd5da?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_235,h_235,limit_图片来源百度 ]]][[File:Cf1b9d16fdfaaf51f96132da8c5494eef11f7ad0.jpg|缩略图 [https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/cf1b9d16fdfaaf51f96132da8c5494eef11f7ad0?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_235,h_235,limit_ 原图链接][https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/cf1b9d16fdfaaf51f96132da8c5494eef11f7ad0?x-bce-process=image/resize,m_lfit,w_235,h_235,limit_ 图片来源百度]]]
==参考资料==
1. 黄国耀. 电源滤波器[J]. 应用磁学动态, 1990(5):24-26.
8,908
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