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組合式抗EMI濾波器

組合式抗電磁干擾濾波器也稱為反射濾波器或復(fù)合液晶濾波器。根據(jù)交流狀態(tài)下電容的高頻和低頻電阻以及電感的低頻和高頻電阻的特點，將電感和電容組合連接成一個電路，具有一定的濾波功能。但是，根據(jù)濾波程度的要求，液晶組合和電感電容的要求是不同的。

由于組合濾波器在高頻下容易受到電感和電容參數(shù)的影響，可能會導(dǎo)致諧振現(xiàn)象，大大降低濾波器的性能。因此，組合式電磁干擾濾波器通常僅適用于抑制相對較低頻率的干擾。但是，由于其濾波效果可以通過調(diào)整電感和電容參數(shù)來改變，因此只要調(diào)整得當(dāng)，組合式電磁干擾濾波可以產(chǎn)生更好的濾波效果和更靈活的頻帶變化。一般來說，在某些應(yīng)用中，吸收式電磁干擾濾波器和組合式電磁干擾濾波器也可以串聯(lián)使用。

電磁干擾濾波器設(shè)計

電磁干擾噪聲包括共模噪聲和差模噪聲。共模噪聲存在于所有交流相線和共模地之間，其來源被認(rèn)為是兩個電路之間的絕緣泄漏電流和電磁場耦合。差模噪聲存在于交流相線之間，由電流脈沖、開關(guān)元件的振鈴電流和二極管的反向恢復(fù)特性產(chǎn)生。這兩種模式具有不同的傳輸噪聲源和不同的傳輸路徑，因此共模濾波器和差模濾波器應(yīng)分別設(shè)計。

在普通開關(guān)電源中，由于主要的電磁干擾干擾源來自功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)作用，產(chǎn)生的電磁輻射EME(Emular Emission)通常是寬帶噪聲，其頻率范圍從開關(guān)工作頻率到幾兆赫不等。因此，導(dǎo)電電磁環(huán)境(EME)的測量頻率范圍為0.15兆赫~ 30兆赫~ 30兆赫，以符合國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。電磁干擾濾波器旨在充分衰減開關(guān)頻率及其高次諧波的噪聲?；谏鲜鰳?biāo)準(zhǔn)，考慮將頻率高于150千赫的EME頻率衰減到合理的范圍通常就足夠了。

電磁干擾濾波器的主要技術(shù)參數(shù)包括:額定電壓、額定電流、泄漏電流、測試電壓、絕緣電阻、DC電阻、工作溫度范圍、工作溫升Tr、插入損耗Adb、外形尺寸、重量等。在上述參數(shù)中，干擾是插入損耗(也稱為插入衰減)，它是評估電磁干擾濾波器性能的主要指標(biāo)。

電磁干擾濾波器的設(shè)計必須首先獲得濾波器所需的噪聲衰減，通過使用各種噪聲分離器，無需添加任何濾波器元件，即可測量待測對象的共模和差模原始噪聲。然后，使用上述結(jié)果，計算所需的濾波器元件值，然后將整個設(shè)計的濾波器添加到待測試對象的電源的zui輸入的前端，并且測量并檢查此時的噪聲，以查看其是否符合規(guī)范。以下是濾波器設(shè)計步驟的介紹:

1)原始共模和差模噪聲的測量:噪聲被輸電阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)消除后，通過噪聲分離器獲得所需的噪聲值，噪聲分離器可由頻譜分析儀測量。

2)衰減計算:獲得共?；虿钅Ｔ肼暫?，計算相關(guān)的噪聲衰減?？紤]到當(dāng)共模噪聲和差模噪聲衰減到標(biāo)準(zhǔn)時，由于相同的相位或相位差，火線和零線的總電壓噪聲可能會超過標(biāo)準(zhǔn)。為了避免這種情況，在計算衰減時，可以將標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為比規(guī)范限值低6dB，即使噪聲抑制要求更嚴(yán)格，以避免濾波后的噪聲仍然超過規(guī)范限值。

3)計算濾波器元件值:濾波器元件的電感和電容越大，其噪聲衰減能力越強(qiáng)，可達(dá)到的轉(zhuǎn)折頻率越低，其對低頻噪聲的抑制效果越好，但相對來說它必須付出成本和體積的增加。從材料特性可以看出，當(dāng)電感和電容值較大時，元件阻抗特性的自諧振頻率越低，連續(xù)衰減噪聲的頻率范圍相對較窄，因此其值不能無限增加。考慮到電容值對體積的變化率小于電感值的變化率，以及所有商用電容器都有固定的電容值且彈性較小，在確定共模和差模濾波器的元件值時，應(yīng)優(yōu)先考慮電容，在安全法規(guī)允許的情況下，應(yīng)盡可能選擇較大的電容值。

非晶在開關(guān)電源EMI中的應(yīng)用

開關(guān)噪聲

SPS的主要噪聲是由于二極管斷開時的反向恢復(fù)現(xiàn)象發(fā)生的。當(dāng)隨換流外加反向電壓時，由于載流子被存儲在二極管的PN結(jié)，因而在載流子消失的前一段時間里，電流也會反向流動，致使載流子消失時反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。另外，從理論上說，沒有PN結(jié)的肖特基二極管(SBD)里不會存在載流子，因而也就不會有恢復(fù)現(xiàn)象的存在。但實際上，由于受結(jié)電容的影響，會不同程度地觀測到類似波形，所以也會有噪聲的發(fā)生。

為了防止噪聲，過去一般都采用RC吸收網(wǎng)絡(luò)。這種RC吸收網(wǎng)絡(luò)是使電阻和電容跟二極管并聯(lián)用電容器吸收由二極管發(fā)生的開關(guān)噪聲，但電阻上的損耗和發(fā)熱問題還有待于改善。

三、磁緩沖器

磁緩沖器與二極管呈串聯(lián)狀態(tài)插入電感器，使二極管的虛線所示狀態(tài)，并通過控制恢復(fù)峰值及其變化率(di/dt)來控制開關(guān)噪聲的產(chǎn)生。這種現(xiàn)象一般稱作軟恢復(fù)。同時這種緩沖器還對SBD等低耐壓得元件起一種免遭浪涌電壓破壞的保護(hù)作用。

開關(guān)瞬變現(xiàn)象時磁緩沖器的工作性能原理。在瞬變電流發(fā)生期間，由于帶有大電抗而控制了浪涌的發(fā)生。并在穩(wěn)定期使電抗幾乎減小為零。也就是說，是一種只在瞬變期作為電抗進(jìn)行工作并具有自控式磁開關(guān)的電抗器。

實測磁化曲線說明一下其工作原理。當(dāng)正向電流通向二極管時，磁芯飽和并處于B－H曲線的1位置上。這時，電感處于zui低狀態(tài)。當(dāng)二極管從ON向OFF轉(zhuǎn)換時，磁芯就會通過路線2發(fā)生磁通變化，但要加以控制，以使達(dá)到軟恢復(fù)狀態(tài)。當(dāng)二極管完全達(dá)到OFF時，磁芯即處于3的狀態(tài)。

其次，當(dāng)二極管從OFF向ON轉(zhuǎn)換時，正向電流開始通向二極管，并加以電流控制，直至磁芯在4路線上被磁化、電感增加及磁芯達(dá)到飽和。

4.非晶磁環(huán)非晶磁環(huán)是一種穿透半導(dǎo)體引線的空心超小型磁體。該功能是對上述緩沖器的補充，也顯示了其在性能和成本上的優(yōu)勢。它不僅可用于開關(guān)電源，還可用于電壓互感器、測量儀器和對噪聲要求嚴(yán)格的各種電子電路。

V.非晶磁環(huán)的選擇非晶磁環(huán)的磁芯尺寸應(yīng)在計算要控制的電壓時間乘積和找到所需磁通量的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。也就是說，磁通量ф(μWb)，即ф=VFM，應(yīng)該基于施加到二極管的峰值直流電壓VFM(V)和反向恢復(fù)時間trr(μS)的乘積來確定。trr(V？μS).盡管所選非晶磁環(huán)尺寸的磁通量應(yīng)該與根據(jù)公式計算的所需磁通量平衡，但原則上，選擇大于電壓時間乘積值的磁通量的近似尺寸，并將其加載到所確定的電路中，以在觀察恢復(fù)波形的基礎(chǔ)上實現(xiàn)尺寸選擇的優(yōu)化。

6.以一個實例將非晶磁環(huán)安裝在正向激勵電路上，比較工作頻率為150千赫的輸出噪聲和15伏/10安的輸出噪聲，得到提供的數(shù)據(jù)。可以看出，在使用16ω-10000 pF的RC緩沖器和鐵氧體磁環(huán)的原始模式下，輸出噪聲達(dá)到67 MVP-p，幅度范圍大，噪聲成分多，而在使用非晶磁環(huán)的同一電路中，幅度范圍縮短，峰值也減少了不到一半。我們在一個工作頻率為500千赫，輸出為5 ~ 20安的電路中使用了SBD。在沒有非晶磁環(huán)的情況下，產(chǎn)生了一個大的尖峰電壓，其值可達(dá)38.6伏，這是SBD耐壓的一個極限值，電壓和電流都有瞬態(tài)現(xiàn)象。然而，非晶磁環(huán)的使用防止了這種瞬態(tài)現(xiàn)象的發(fā)生，并將尖峰電壓控制在17.4伏，低于初始值的1/2，從而保護(hù)二極管免受電壓損壞。