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教你如何選擇電源濾波器

來源: 時間:2020/6/8 次數:

 電源濾波器的作用是抑制電磁噪聲。電源濾波器的作用是通過在電源系統中插入電源濾波器來獲得特定頻率的電源信號或消除特定頻率的電源信號繩索。入為了防止不必要的損失,我們需要了解電源濾波器使用時。為了使用它們,我們還需要知道如何選擇電源濾波器,如下所示:

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1.額定電壓

額定電壓是電源EMI濾波器用在指定電源頻率時的工作電壓,也是濾波器高允許的電壓值。如用在50Hz單相電源  的 濾波器,額定電壓為250V;用在50Hz三相電源的濾波器,額定電壓為440V.若輸入濾波器的電壓過高,會使內部電容器損壞。

2.額定電流

額定電流(Ir)是在額定電壓和指定環境溫度條件下所允許的連續工作電流。

隨著環境溫度的升高,或由于電感導線的銅損,磁芯損耗以及周圍環境溫度等原因導致工作溫度高于室溫,這時候就難以確保插入損耗的性能。我們應該根據實際可能的工作電流和工作環境溫度來選擇濾波器的額定電流。

除特殊說明外,EMI濾波器說明書給出的額定電流均為室溫+25℃(標稱溫度)的值,同樣給定的典型插入損耗或曲線也均指+25℃的值。大工作電流(Imax)、額定電流與溫度之間的存在如下關系:字串3   式1.0中:Imax為大工作電流,Ir為室溫下額定工作電流,Tmax為高的工作溫度+85℃,Ta為實際工作溫度,Tr為室溫+25℃。根據式2.0,Imax/Ir與Ta的關系舉例說明:+25℃,Imax=Ir;+45℃,Imax=0.816Ir;+85℃,Imax=0.   另外,在國外一些濾波器公司規定,+40℃(標稱溫度)為工作電流值Ir .

IEC氣候等級為25/085時,指定環境溫度為+40℃(標稱溫度)條件下,查取其他環境溫度所允許的工作電流曲線。

影響工作電流和環境關系的主要原因之一就是濾波器中的軟磁材料。EMI濾波器一般采用高磁導率軟磁材料錳鋅鐵氧體,初始磁導率μi=7000~10000,但其居里點溫度不高,僅為130℃左右。磁導率越高,居里點溫度越低,過居里點后磁導率迅速下降,從而導致濾波器中的電感值下降,嚴重影響濾波效果。  因此要根據工作溫度來正確選擇電源濾波器的額定電流,或者改善濾波器的散熱條件(工作環境)來確保濾波器的安裝使用。

3.插入損耗

(1) 插入損耗定義  插入損耗是EMI電源濾波器重要的技術參數之一,設計人員和工程應用人員考慮的中心問題就是:在保證濾波器安全、環境、機械和可靠性能滿足有關標準要求的前提下,實現盡可能高的插入損耗。  濾波器的插入損耗是頻率的函數,用dB(分貝)表示。電路未接濾波器時,信號源在接受電路端電壓(功率)為U( P),接入濾波器后在接受端輸入電壓(功率)為U( P) ,定義插入功耗I.L(InsertionLoss)可以用下列方程推導出來:  假設實際負載阻抗在濾波器插入前后保持不變,故1.1式的各功率可以由其相應的負載電壓和阻抗的表達式來代替:方程中所表示的插入損耗,需要在頻率下通過取下和插入濾波器來進行測量。

(2)共模損耗與差模損耗  EMI電源濾波器的插入損耗包括共模(表示為CM)插入損耗和差模(表示為DM)插入損耗。關于它們的具體測試方法,在CISPR第17號出版物中有過說明,這里就不再說明。例如某個廠家生產的DNF05-H-6AEMI濾波器,按有關標準測得的插入損耗。

(3)影響插入損耗的因素  影響電源EMI濾波器插入損耗的因素包括阻抗搭配和安裝。實際應用中, EMI濾波器輸入和輸出端的阻抗已不是測得圖2.3曲線時的50Ω,所以它對干擾信號的衰減,不會等于產品標準或說明書中的給出的插入損耗。如果選用EMI濾波器的網絡結構和參數合理,加上安裝得當,則有可能實現優于標準中的規定的插入損耗。反之,如果網絡搭配和參數的選擇不當,安裝又有問題,則有可能得不到好的應用效果,反而會得到相反的效果,如圖2.5出現插入損耗增益。  另外一個影響因素,就是濾波器的工作溫度和額定工作電流。EMI濾波器的插入損耗測量標準,CISPR第17號出版物,MIL-STD-220A和GB7343-87所規定的測量方法中,都一致強調了要在加載額定電流條件下進行它的插入損耗的測量。前文已介紹,這是因為濾波器中的電感L用了鐵氧體或其他磁性材料,大電流工作下,磁性飽和狀態引起性能變壞。如圖2.6是某有問題的EMI濾波器測試情況,曲線①是正常50Ω系統下測試的插入損耗曲線,曲線②是50Ω系統和30A額定電流下測試的插入損耗曲線,兩者比較差別相當大。

4 .阻抗搭配

(1)阻抗搭配的原因  選擇濾波器時,首先應選擇適合你所用的濾波電路和插入損耗性能。首先選擇濾波電路的原因是與濾波器要在匹配條件下工作的傳統概念不同,所謂匹配意味濾波器需在保持輸入/輸出信號幅度不變(或某一固定比例)的前提下,將其中部分頻譜做預期的處理或變換,而EMI電源濾波器不同,它是個以工頻為導通對象的低通濾波器,是在不匹配的條件下工作,因為在實際應用中無法實現匹配,如濾波器輸入端阻抗RI--電網源阻抗是隨著用電量的大小變化的,濾波器輸出端的阻抗Rl(負載阻抗)--電源阻抗是隨著電源負載的大小變化的,要想獲得理想的抑制效果,應遵循正確的阻抗搭配。  無論怎樣復雜的電源EMI濾波器,都可以把它的共模和差模濾波網絡抽象出來。

(2)阻抗失配分析  可以分析出,一般在EMI電源濾波器電路網絡中,電感L看作高阻元件,電容C看作低阻元件。為了達到濾波更好的效果,按照濾波器的不匹配原則:如果實際負載為感性高阻,則選擇輸出負載為容性低阻的濾波器;如果實際負載為容性低阻,則選擇輸出負載為感性高阻的濾波器。同樣,對于濾波器的輸入阻抗和電網源阻抗,也應該按照阻抗失配原則來選擇濾波器。

由式1.4可知,Zo與Rl相差越大,ρ就越大,端口產生的反射也就越大。對被控制的干擾信號,當EMI濾波器兩端阻抗都處于失配狀態時,EMI信號會在它的輸入和輸出端口產生很強的反射。這樣一來,濾波器對EMI信號的衰減,等于濾波器的固有插入損耗加上反射損耗。在EMI濾波器的實際使用中,可用阻抗失配來實現對EMI信號更加有效抑制。這就是為什么選用EMI濾波器時,一定要仔細分析其端口阻抗的正確搭配,使產生盡可能大的反射,達到對EMI信號的有效控制的原因。

EMI濾波器對EMI信號的抑制能力不僅取決于濾波器在50Ω系統內測得的插入損耗,還取決于濾波網絡與EMI信號源和負載的正確端接。所以,在選用濾波器時,要特別注意EMI濾波器上標牌內容,看其是否準確標出濾波網絡的參數和網絡結構。顯然,那種既不提供網絡參數,又沒有給出網絡結構的EMI濾波器,給正確端接和優化應用帶來了麻煩。

另外,有的EMI濾波器標牌標明電源和負載端接,這可能是為了某特定電子設備所設置,沒有普遍意義,多也只能是制造廠商的建議端接方法之一。應用EMI濾波器,要具體分析EMI濾波器的網絡結構和接入電路的等效阻抗,按照以上阻抗搭配原則進行端接才能正確達到預期目的。

從上述我們了解到,在選購的同時我們須知額定電壓、額定電流、插入損耗等相關方面?,F今的電子產品都以符合小型化、高性能、高精度、高信賴度、及高反應度等為目標,使得電路組件的分布密度過高、電路的體積大大的縮小,然而電路便得越精巧,則會有更多的組件擠在很小的空間當中,增加了干擾的機會,其中以電磁干擾及噪聲令人感到困擾。電源濾波器的出現就解決了這個困擾。


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