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电磁干扰(EMI)滤波器原理|插入损耗|共模干扰|差模干扰

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发表于 2008-1-28 10:00:16 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在测试传导干扰时候,应用的频段为 150KHz~ 30MHz , 当电子设备干扰噪声频率小于 30MHz 时,主要干扰音频频段,电子设备的电源线对于这类波长的电磁波来说,一般还不足一个波的波长( 30MHz 波长为 10 米 ),向空中辐射效率很低。噪声主要是通过导线传播,若能测得电源线上感应的噪声电压,就能衡量这一频段的电磁噪声干扰程度,这类噪声也就是传导噪声,在测试传导干扰时候,应用的频段为 150KHz~ 30MHz 。 <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 传导噪声由差模噪声和共模噪声构成。差模噪声存在于相线 L 和中线 N 之间(也可视为存在于 L 与地线( PE ), N 与地线( PE )之间,大小相等,相位差 180<sup>0</sup> );共模干扰噪声存在于 L 与 PE , N 与 PE 之间,大小相等,相位相同。 </p><p>1、 插入损耗 </p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 为了更好的设计滤波器,我们应用插入损耗这个概念,其定义为在未加入和加入滤波器干扰源对负载的电压的比,然后取对数,定义如下图: </p><img src="http://www&#46;dianyuangu&#46;com/jiaocheng/tupian/89/1&#46;gif" border="0" /> <p>图 1 、插入损耗定义图 </p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 当未接 EMI 滤波器时,接收机测得信号源的输出电压为 E<sub>1</sub> ,将 EMI 滤波器接入之后,接收机测得的信号电压为 E<sub>2</sub> ,如果信号源的输出阻抗等于接收机的输入阻抗,例如都是 50 Ω ,则 EMI 滤波器的插入损耗为: </p><p>IL=20lg(E<sub>1</sub>/E<sub>2</sub>) </p><p>各种滤波器的插入损耗如下图: </p><img src="http://www&#46;dianyuangu&#46;com/jiaocheng/tupian/89/2&#46;gif" border="0" /> <p>图 2 :波器的阶数与插入损耗的关系 </p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 由上图可以看出,随着滤波器阶数的上升,其插入损耗也跟着增加,实际上,每增加一阶,插入损耗相应会增加 6 dB/ 倍频 </p><p>2、 共模噪声( common mode interference ) </p><p>A 、电路等效:功率噪声是电源中影响最大的一种噪声,其等效图如下: </p><img src="http://www&#46;dianyuangu&#46;com/jiaocheng/tupian/89/3&#46;gif" border="0" /> <img src="http://www&#46;dianyuangu&#46;com/jiaocheng/tupian/89/4&#46;gif" border="0" /> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 其等效电路为一个有并联电容 C<sub></sub> 和并联电阻 R<sub></sub> 的电流源,呈高阻抗容性。在 反激电源中,如图 4 , 当开关管 V<sub>1</sub> 由导通变为截止时 , 其集电极电压升高 , 向开关管与散热器的分布电容 ( 可达几千 PF)C<sub>1</sub> 充电,形成共模电流( I<sub>cm1</sub>+I<sub>cm2</sub>) ,在 LISN 中被检测出来 。等效电路中的 C<sub>P</sub> 包括 C<sub>P1</sub> 及 C<sub>P2</sub> , C<sub>P2</sub> 与变压器的绕制工艺及结构有关, C<sub>P1</sub> 与开关管体积大小,及散热器的绝缘厚度有关,一般 C<sub>P</sub> 在几百至几千 <sub>P </sub>F 之间。 </p><p>B 、抑制原理:下面以下图中的电源滤波器为例进行说明 </p><img src="http://www&#46;dianyuangu&#46;com/jiaocheng/tupian/89/5&#46;gif" border="0" /> <p>图 5 : 滤波器模型 </p><p>共模通路由 Lcm1 、 Cy 、 Lcm2 、 Cy 及负载阻抗构成。则共模滤波器等效电路图如下图所示: </p><img src="http://www&#46;dianyuangu&#46;com/jiaocheng/tupian/89/6&#46;gif" border="0" /> <p>图 6 :共模等效电路 </p><p>应用戴维南和互易定理,将噪声源放在左边,得到图 7 :</p><p>&nbsp;<img src="http://www&#46;dianyuangu&#46;com/jiaocheng/tupian/89/7&#46;gif" border="0" /> </p><p>图 7 :共模等效电路 </p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 可见此共模抑制是一个两级 LC 低通滤波网络,在阻带有 24dB/ 倍频的衰减斜率(注意这里由于考虑了 T 型滤波器的负载阻抗,即噪声源阻抗,所以构成的是两级 LC )。 </p><p>其插损曲线为两条 40dB/ 十倍频的曲线叠加,见图 8 : </p><img src="http://www&#46;dianyuangu&#46;com/jiaocheng/tupian/89/8&#46;gif" border="0" /> <p>图 8 :共模插入损耗曲线 </p><p>3 、差模噪声 ( differential mode interference ) 电路模型 </p><p>A 、电路等效:图 9 显示了 差模噪声的电路等效: </p><img src="http://www&#46;dianyuangu&#46;com/jiaocheng/tupian/89/9&#46;gif" border="0" /> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 它由两部分组成,一部分为高阻抗噪声等效电路,另一部分是低阻抗噪声等效电路。在整流桥导通时,电容上电压低于电网电压,电网通过 L<sub>S</sub> (包括 PCB 电感, C<sub>S</sub> 的 ESL )及 R<sub>S</sub> (包括 PCB 电阻及 C<sub>S</sub> 的 ESR )向电容 C<sub>S</sub> 充电,差模噪声为低阻抗等效电路。而当 C<sub>S</sub> 电压高于电网瞬时电压时,输入整流桥截止,其各臂整流二极管相当于电容器,其等效电路为高阻抗噪声等效电路,开关 S 是与输入整流器流桥导通与否相对应的,其开关频率为输入交流电网频率的两倍。 </p><p>B 、抑制原理:图 11 为差模滤波器等效电路图, L<sub>LK1</sub> , L<sub>LK2</sub> 分别为共模电感 L<sub>CM1</sub> , L<sub>CM2</sub> 的不平衡电感。 </p><img src="http://www&#46;dianyuangu&#46;com/jiaocheng/tupian/89/11&#46;gif" border="0" /> <p>根据上图用同样的方法可以画出其插损曲线为一 pi 型滤波器和 L 型滤波器的几何叠加和剪切频率。</p><p><span style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">到</span><span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: "Times New Roman"; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA; mso-fareast-font-family: 宋体"><a href="http://www&#46;emcgarden&#46;net/"><span lang="EN-US" style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"><span lang="EN-US">电磁兼容</span></span>(EMC)<span lang="EN-US" style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"><span lang="EN-US">和电磁干扰</span></span>(EMI)<span lang="EN-US" style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"><span lang="EN-US">学习园地</span></span></a>( <a href="http://www&#46;emcgarden&#46;net/">http://www&#46;emcgarden&#46;net</a> )</span><span style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">学习各种电磁兼容</span><span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: "Times New Roman"; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA; mso-fareast-font-family: 宋体">(EMC)</span><span style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">设计整改经验知识以及各种电磁干扰</span><span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: "Times New Roman"; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA; mso-fareast-font-family: 宋体">(EMI)</span><span style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">解决措施,到</span><span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: "Times New Roman"; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA; mso-fareast-font-family: 宋体"><a href="http://www&#46;studyemc&#46;net/"><span lang="EN-US" style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"><span lang="EN-US">电磁兼容</span></span>(EMC)<span lang="EN-US" style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"><span lang="EN-US">和电磁干扰</span></span>(EMI)<span lang="EN-US" style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'"><span lang="EN-US">下载园地</span></span></a>( <a href="http://www&#46;studyemc&#46;net/">http://www&#46;studyemc&#46;net</a> )</span><span style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">下载各种</span><span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: "Times New Roman"; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA; mso-fareast-font-family: 宋体">EMC</span><span style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">标准和</span><span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: "Times New Roman"; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA; mso-fareast-font-family: 宋体">EMC</span><span style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">资料以及安规防雷静电放电</span><span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: "Times New Roman"; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA; mso-fareast-font-family: 宋体">ESD</span><span style="FONT-SIZE: 9pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-font-kerning: 1&#46;0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">等资料。</span>&nbsp;</p><p>对于输入整流桥开通的情形,其滤波等效电路如图 14 : </p><img src="http://www&#46;dianyuangu&#46;com/jiaocheng/tupian/89/12&#46;gif" border="0" /> <p>用前述同样的方法,根据上图可确定差模插入损耗曲线以及滤波器的剪切频率。</p>
发表于 2008-7-26 10:37:15 | 显示全部楼层
怎么看不到图的?
发表于 2008-10-6 00:18:34 | 显示全部楼层
怎么看不到图阿
发表于 2009-3-2 11:16:20 | 显示全部楼层
就是开不到图形。
发表于 2009-9-25 08:26:42 | 显示全部楼层
是啊看不到圖的
发表于 2009-12-12 19:21:30 | 显示全部楼层
看不到图!
发表于 2009-12-22 14:06:01 | 显示全部楼层
最近要搞个实验,就是这方面的。是不是一定要买个V型人工电源网络?自己照着做一个,可以吗?
发表于 2009-12-30 13:54:32 | 显示全部楼层
受教了,原來如此
发表于 2010-3-29 11:34:48 | 显示全部楼层
有圖的話會更清楚些
发表于 2010-4-12 14:57:37 | 显示全部楼层
看不都图啊。

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