滤波电感在电源抗干扰中的应用

时间：07-08 来源：EDN 点击：

图中的变化曲线表现出不同磁性能的电感，其阻抗与频率变化并不一样。铁粉芯SF70和55930在干扰频率<2kHz时阻抗基本不变，表示没有吸收作用，而SF30在小于60kHz时对信号也没有吸收作用。在2MHz附近吸收迅速增强，在接近10MHz时吸收最强，而SF70在100kHz以后变化不大。可见不同性能的材料对干扰信号的吸收频段也不一样。国内外大量使用的电子调光设备大都采用移相式晶闸管调光。在晶闸管导通瞬间因电流突变会产生大量的高频谐波而引起的电磁干扰，不单严重影响音响设备、灯具、摄录像等设备，还严重干扰电网系统。必须安装抗干扰电感（美国LeeColorTran英国 Lank日本龙田社RDS都采用这样方式来抑制干扰）。为方便起见，采用分析电流上升时间tr来判断电感磁芯的抗干扰程度。不同材料的数据如表3所示。

在调光灯的工业检测中抑制干扰的效果可以用电子调光器开通时的电流上升时间tr来表示。上升时间越长说明电路高次谐波成分越小，抑制效果越好。从表中不难看出国产ZW－1电感tr时间可高达450μs而磁导率只有70。开口非晶带磁芯虽然磁导率最高（μe=800），但电流上升时间太短只有100μs，而又有严重的机械噪声。这说明加电感后抗干扰能力并不是磁导率高的好，也不是磁导率低的好，而与选用的磁性材料材质有关。为了进一步分析，对不同材料在同样条件下测量其干扰电压，图5是英国Lank，国产ZW－1磁粉芯和通常开口磁芯的电源端干扰电压与频率曲线。

按照"电子调光设备无线电干扰允许值及测量方法"测量结果，不难看出国产ZW－1电感与英国Lank电感相比较，国产ZW－1电感抗干扰电平都在A级标准以下，而英国Lank电感在0.16MHz～3.5MHz频段超标，而开口硅钢片制作的抗干扰电感在频段0.01MHz－1.2MHz都超标。用开口磁芯做抗干扰电感不可能达标。目前国内的调光灯大多数都用铁氧体磁环做抗干扰电感，这显然是错误的。不但没有抑制干扰反而增加干扰，因为铁氧体总是工作在饱和区。

图6是程控交换机用的100A抗干扰滤波器衰减曲线。抗干扰衰减曲线I是进口同类滤波器，其干扰电平曲线在0.01MHz～100MHz范围内干扰电平的衰减比较均匀平缓。曲线II用开口铁氧体做滤波器，当频率为0.4MHz～0.8MHz时的峰值说明对该频段的干扰信号衰减小，达不到要求。后来用美国 Micrometals公司铁粉芯代替，则在0.2MHz～0.45MHz 频段抗干扰能力弱（如曲线III）但要比开口铁氧体好些，仍不理想。因为对通讯电源最伤脑筋的是低频干扰。后来用专门研制的磁粉芯做成的滤波器干扰电平如曲线IV，要比曲线II、III都好，甚至优于国外同类滤波器性能。从以上的例子可以看出在研制EMI滤波器时要特别注意滤波电感选择。不但要选用适当的磁材，还要选用适合于所需衰减频段的磁性能。所以磁性材料的选取在EMI滤波器中有着举足轻重的作用。

　
4 抗干扰滤波器的发展趋势

当前电子线路向高速数字电路转移。高组装密度和高运算速度对EMC提出更高的要求。电子产品的微型化、多功能、移动化的发展又促使电子产品在组装方式上向表面贴装技术转移，又进一步降低干扰。同时为了提高其动态响应，降低干扰，必须力求减小供电母线的引线电感。最有效的方法是将电源直接装在负载附近，用分散供电方式（即小功率源)而不采用集中供电的形式（大功率源），这样大大减少引线的长度有效降低辐射干扰。所以今后几年美国将大力发展小功率 16W～25W低压（输出电压最低为1.2V）DC/DC开关电源。可见，片式磁性器件是微型化的关键材料之一，它可分为线绕型片式电感、叠层型片式电感、薄膜型片式电感。为此上海钢铁研究所已开始着手金属薄膜电感和薄膜变压器元件的研制。目前美国和日本的一些重要研究所都开始研究薄膜电感和薄膜变压器，并与集成元件组合制成新颖的超小型、高可靠性、高抗干扰能力的电源模块。由此可见超小型电感和变压器将是21世纪磁性元件的发展方向。

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