【5】电源滤波器设计.ppt

第5章 电磁干扰滤波器 刘 洋 应用物理教研室 滤波器的特性 滤波是抑制传导干扰的一种重要方法 采用滤波器的目的是分离信号、抑制干扰。 滤波器是由集中参数或分布参数的电阻、电感和电容构成的一种网络。 电磁兼容滤波器设计是电磁兼容设计工程中的一个非常重要的环节。有时候设计的滤波器性能如何会决定整个电器设备是否能够正常工作。但因为电磁兼容滤波器的设计涉及的知识面非常广，设计出一个性能较好的滤波器并不是一件容易的事情。 5.1 干扰的分类 5.1.1 按噪声产生的原因分类 放电噪声 主要是因为雷电、静电、电动机的电刷跳动、大功率开关触点断开等放电产生的噪声。 高频振荡噪声 主要是中频电弧炉、感应电炉、开关电源、直流—交流变换器等产生高频振荡时形成的噪声。 浪涌噪声 主要是交流系统中电动机启动电流、电炉合闸电流、开关调节器的导通电流以及晶闸管变流器等设备产生涌流引起的噪声。 这些干扰对微机测控系统都有严重影响，必须认真对待，而其中尤以各类开关通、断电时所产生的干扰最难以抑制或消除。 5.1.2 按噪声传导模式分类 对于传导噪声，按其传导模式分为差模噪声和共模噪声。 差模噪声 又称线间感应噪声或对称噪声。有些书中也称其为串模噪声或常模噪声、横向噪声等。如下图所示，噪声往返于两条线路间，N为噪声源，R为受扰设备，UN为噪声电压，噪声电流IN和信号电流IS的路径在往返两条线上是一致的。 差模干扰电流是由外界电磁场在信号线和信号地线构成的回路中感应出的。由于电缆中的信号线与其地线靠得很近，因此形成的环路面积很小，所以外界电磁场感应的差模电流一般不会很大。 在电源线中，差模干扰电流往往是由电网上其他电器的电源发射出的(特别是开关电源)和感性负 载通断时产生的(其幅度往往很大)。差模干扰电流都会直接影响设备的工作，并且，这种噪声难以除掉。 共模噪声 又叫地感应噪声、纵向噪声或不对称噪声。如下图所示，噪声侵入线路和地线间。噪声电流在两条线上各流过一部分，以地为公共回路，而信号电流只在往返两条线路中流过。形成这种干扰电流的原因有3个，一个是外界电磁场在电缆中的所有导线上感应出来电压(这个电压相对于大地是等幅同相的)，这个电压产生电流；另一个原因是由于电缆两端的设备所接的地电位不同所致， 在这个地电压的驱动下产生电流；第三个原因是设备上的电缆与大地之间有电位差，这样电缆上会有共模电流。 从定义容易理解：共模电流本身并不会对电路产生影响，只有当共模电流转变为差模电流(电压)时，才会对电路产生影响，这种情况发生在电路不平衡的情况下。 另外，如果设备在其电缆上产生共模电流，则电缆会产生强烈的电磁辐射，造成设备不能满足电磁兼容标准中对辐射发射的限制要求，或对其他设备造成干扰。 共模噪声转化成差模噪声 从本质上讲，共模噪声是可以除掉的。但是由于线路的不平衡状态，共模噪声会转化成差模噪声。可用下图来说明共模噪声转化成差模噪声的原理。 在上图中，N为噪声源，L为负载，Z1和Z2是导线1和导线2的对地阻抗。如果Z1 = Z2，则噪声电压 VN1和噪声电压VN2相等，从而噪声电流IN1 和IN2相等，即噪声电流不流过负载。然而当Z1 ≠Z2 时，则VN1 ≠ VN2，从而IN1≠IN2，于是VN1 - VN2= VN，VN /ZL＝IN (ZL为负载阻抗)，这是常模噪声。 因此，当发现常模噪声时，首先考虑它是否由于线路不平衡状态而从共模噪声转化来的。通常，输入输出线与大地或机壳之间发生的噪声都是共模噪声，信号线受到静电感应时产生的噪声也多为共模噪声。抑制共模噪声的方法很多，如屏蔽、接地和隔离等。抗干扰技术在很多方面都是围绕共模噪声来研究其有效的抑制措施。 5.1.3 按噪声波形及性质分类 持续正弦波 持续正弦波多以频率、幅值等特征值表示，是一种典型的周期噪声。最常见的该类噪声就是50Hz的工频噪声。这种噪声出现在直流电源上表现为纹波，出现在声音信号中，表现为惹人烦的交流声，出现在视频影像信号中，为横条干扰。 偶发脉冲电压波形 这种噪声多以最高幅值、前沿上升陡度、脉冲宽度以及能量等特征值表示。例如雷击波、接点分断电压负载和静电放电等波形。该类噪声周期性不明显，在通信信号中，容易引起突发误码。 脉冲列 脉冲列多以最高幅值、前沿上升陡度、单个脉冲宽度、脉冲序列持续时间等特征值表示，如接点分断电感负载和接电反复重燃过电压等。该类噪声呈现一定的周期性，能量较大，一般较难消除。 噪声中的主要能量是由干扰引起的。 消除有用信号中的噪声，从根本上来说，就是要消