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电源噪声滤波器的基本原理

时间:12-17 来源:互联网 点击:

占主要部分,而在低频域差模噪声占比例较大,所以应根据EMI噪声的这个特点来选择适当的EMI滤波器。

  电源用噪声滤波器按形状可分为一体化式和分立式。一体化式是将电感线圈、电容器等封装在金属或塑料外壳中;分立式是在印制板上安装电感线圈、电容器等,构成抑制噪声滤波器。到底采用哪种形式要根据成本、特性、安装空间等来确定。一体化式成本高,特性较好,安装灵活;分立式成本较低,但屏蔽不好,可自由分配在印制板上。

  4、噪声滤波器的基本结构

  电源EMI噪声滤波器是一种无源低通滤波器,它无衰减地将交流电传输到电源,而大大衰减随交流电传入的EMI噪声;同时又能有效地抑制电源设备产生的EMI噪声,阻止它们进入交流电网干扰其它电子设备。

  单相交流电网噪声滤波器的基本结构如图2所示。它是由集中参数元件组成的四端无源网络,主要使用的元件是共模电感线圈L1、L2,差模电感L3、L4,以及共模电容CY1、CY2和差模电容器CX。若将此滤波器网络放在电源的输入端,则L1与CY1及L2与CY2分别构成交流进线上两对独立端口之间的低通滤波器,可衰减交流进线上存在的共模干扰噪声,阻止它们进入电源设备。共模电感线圈用来衰减交流进线上的共模噪声,其中L1和L2一般是在闭合磁路的铁氧体磁芯上同向卷绕相同匝数,接入电路后在L1、L2两个线圈内交流电流产生的磁通相互抵消,不致使磁芯引起磁通饱和,又使这两个线圈的电感值在共模状态下较大,且保持不变。

  差模电感线圈L3、L4与差模电容器CX构成交流进线独立端口间的一个低通滤波器,用来抑制交流进线上的差模干扰噪声,防止电源设备受其干扰。

  图2所示的电源噪声滤波器是无源网络,它具有双向抑制性能。将它插入在交流电网与电源之间,相当于这二者的EMI噪声之间加上一个阻断屏障,这样一个简单的无源滤波器起到了双向抑制噪声的作用,从而在各种电子设备中获得了广泛应用。

  5、噪声滤波器的主要设计原则

  共模电感线圈使用的磁芯有环形、E形和U形等,材料一般采用铁氧体,环形磁芯适用于大电流小电感量,它的磁路比E形和U形长,没有间隙,用较少的圈数可获得较大的电感量,由于这些特点它具有较佳的频率特性。而E形磁芯的线圈泄漏磁通小,故当电感漏磁有可能影响其它电路或其它电路与共模电感有磁耦合,而不能获得所需要的噪声衰减效果时应考虑采用E形磁芯作成共模电感。

  差模电感线圈一般采用金属粉压磁芯,由于粉压磁芯适用频率范围较低,在几十kHz~几MHz,其直流重叠特性好,在大电流应用时电感量也不会大幅下降,最适合作为差模电感。

  图2中,电源噪声滤波器使用二种电容器,CX、CY1和CY2,它们在滤波器中的作用不同,还有不同的安全等级要求,因此其性能参数直接与滤波器的安全性能有关。

  差模电容CX接在交流电进线两端,它上面除加有额定交流电压以外,还会叠加交流进线之间存在的各种EMI峰值电压。所以电容器的耐压及耐瞬态峰值电压的性能要求较高,同时要求该电容器失效后,不能危及后面电路及人身安全。CX电容器的安全等级又分为X1和X2两类,X1类适用于一般场合,X2类适用于会出现高的噪声峰值电压的应用场合。

  共模电容CY接在交流电进线与机壳地之间,要求它们在电气和机械性能上,应有足够大的安全余量,万一它们发生击穿短路,将使设备机壳带上危险的交流电,如设备的绝缘或接地保护失效,可能使操作人员遭受电击,甚至危及人身安全。因此对CY电容器的容量要进行限制,使其在额定频率的电压下漏电流小于安全规范值。另外还要求其应有足够的耐压及耐瞬态高峰值电压的余量,并且万一发生电压击穿它应处于开路状态,而不会使设备机壳带电。

  综上所述,在设计和选择电网噪声滤波器时,因为它们工作在高电压、大电流、恶劣的电磁干扰环境中,首先必须考虑所用电感器和电容器的安全性能。对于电感线圈,其磁芯、绕线的材料,绝缘材料和绝缘距离、线圈温升等都应予重视。对于电容器,其电容种类、耐压、安全等级、容量、漏电流等都应优先考虑,特别要求选择经过国际安全机构安全认证的产品。

  6、滤波器的安全性能参数

  6.1滤波器与漏电流

  电网滤波器漏电流定义为:在额定交流电压下,滤波器外壳到交流进线任一端的电流。如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的,则漏电流的值,主要取决于共模电容CY的漏电流,即主要取决于CY的容量。由于滤波器漏电流的大小,涉及到人身安全,国际上各国对此都有严格的标准规定。对于220V/50Hz交流电网供电,一般要求噪声滤波器的漏电流小于1mA。

  6.2滤波器与试验电压

对于交流电网噪声滤波器,试验电压

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