第6章-电磁干扰抑制滤波技术

第6章抑制电磁干扰的滤波技术6.1滤波器的特性与分类6.2低通滤波器6.4高通滤波器6.5有源滤波器6.3电容、电感的高频特性6.7反射式和吸收式混合使用6.8电源滤波器6.6吸收型滤波器6.9滤波器的选用与安装第6章抑制电磁干扰的滤波技术滤波器作用：抑制传导干扰工作原理在一定的通频带内，滤波器的衰减很小，能量容易地通过。在此通频带之外则衰减很大，抑制了能量的传输。滤波器作用：抑制传导干扰信号滤波器电源滤波器第6章抑制电磁干扰的滤波技术满足电源线干扰发射和抗扰度要求第6章抑制电磁干扰的滤波技术满足抗扰度及设备辐射发射要求第6章抑制电磁干扰的滤波技术(1)插入损耗（IL）6.1滤波器的特性与分类衡量滤波器性能的主要指标。定义：1.特性：1220lg(dB)UILUU1——未接入滤波器，信号源在负载上建立的电压；U2——接入滤波器，信号源在负载上建立的电压。IL与信号源频率、源阻抗、负载阻抗等因素有关。插入损耗，频率特性，阻抗特性，额定电流；外形尺寸，工作环境，可靠性等。第6章抑制电磁干扰的滤波技术(2)频率特性插入损耗随频率的变化——频率特性通带：信号无衰减通过滤波器的频率范围阻带：受到很大衰减的频率范围按频率划分：低通、高通、带通、带阻四种类型。频率特性参数：中心频率、截止频率、最低使用频率、最高使用频率等。衰减f低通衰减f高通衰减f带通衰减带阻f第6章抑制电磁干扰的滤波技术2.分类反射式吸收式按原理：信号选择滤波器EMI滤波器按用途：有源无源（LC）按工作条件：(3)阻抗特性：滤波器的输入阻抗、输出阻抗(4)额定电压：输入滤波器的最高允许电压值(5)额定电流:不降低滤波器插入损耗效能的最大使用电流按频率:低通、高通、带通、带阻第6章抑制电磁干扰的滤波技术3.EMI滤波器的特点①工作在阻抗失配的条件下；（干扰源的频率阻抗特性变化范围很宽）②可能出现饱和效应；（干扰源的电平变化幅度大）③高频特性非常复杂；（干扰源的频带范围很宽）④应具有较高的可靠性；（干扰源工作频率范围宽，具有较大的脉冲电流、电压）第6章抑制电磁干扰的滤波技术6.2低通滤波器电磁干扰滤波器主要是低通滤波器，用在干扰信号频率比上作信号频率高的场合：•数字脉冲电路是一种主要的电磁干扰源，脉冲信号有丰富的高次谐波，是很强的干扰源。•高频电磁波更容易被接收，对设备造成电磁干扰的电磁场的频率较高，在电路中产生的噪声电压、电流也是高频的。•当导线上有传导电流时，电流的频率越高，越容易产生辐射。•导线或电缆之间由于存在杂散电容和互感，会产生相互的串扰，频率越高．串扰越严重。第6章抑制电磁干扰的滤波技术1.常见形式并联电容型；串联电感型；Γ型；反Γ型；T型；Π型等RCUR~UR~RLU~CRLRCU~RL等RCRL等U~RL等CRLU~RC第6章抑制电磁干扰的滤波技术无源滤波器的端口网络特性11121221212222UAUAIIAUAI其中端口网络：211120IUAU212120IIAUZL滤波网络Ug~ZgU1I1I2U22.插入损耗211220UUAI212220UIAI终端开路电压反射系数11121221211112122222221LinLUAUAIAAZZIAUAIAAZ12222221121gingAAZUZIAAZ输入阻抗：终端短路耦合阻抗终端开路耦合导纳终端短路电流反射系数第6章抑制电磁干扰的滤波技术1112122112122/LUAUAIAUAUZZL滤波网络Ug~ZgU1I1I2U21112212220220lg20lgLgLggLAZAAZZAZUILUZZ111121inLgLginZZUAZAZZ无滤波器网络时20LggLZUUZZ故插入损耗无源滤波器的插入损耗111ingginZUUZZ211112LLZUUAZA第6章抑制电磁干扰的滤波技术21112212220lg2ARAARARILR•C型：1in2in1RZZjCRRUg~RU1I1I2U2C121112221inAARZAAR210lg1(2)ILCR()gLZZR2111021IUAU211210221/()IUIjCAjCUU2112020UUAI2122021UIAI第6章抑制电磁干扰的滤波技术•L型：1in2inZZjLRRUg~RU1I1I2U2L等210lg1[(2)]ILLR21112212220lg2ARAARARILR121112221inAARZAAR2111021IUAU2121020IIAU211202UUAjLI2122021UIAI第6章抑制电磁干扰的滤波技术•Γ型：11121,AAjL22122,1AjCALC2120lg[1(1)]2ILjLRjCRLC222110lg[(2)(/)]4LCCRLRCRUg~RU1I1I2U2L等121injLRZLCjCR22(1)1injLLCRZjCR21112212220lg2ARAARARILR121112221inAARZAAR第6章抑制电磁干扰的滤波技术•反Γ型：2111111/()CLLCCLCCZZUZALCZUZZZZ12,AjL1211/()1/()LCCLCCUZZAjCZUZZZ221AIL同Γ型。RUg~RU1I1I2U2CL等221injLRZLCjCR21(1)1injLLCRZjCR21112212220lg2ARAARARILR121112221inAARZAAR第6章抑制电磁干扰的滤波技术插入损耗：210lg[1(2)]ILCRΓ型：L型：T型：C型：222110lg[(2)(/)]4ILLCCRLR210lg1[(2)]ILLR3222210lg[(1)()]22LLCCRILLCRRΠ型：3222210lg[(1)()]22LLCRILLCCRR第6章抑制电磁干扰的滤波技术3.低通滤波器的设计210lg(1)k3dB截止点：1k1c1,RRUg~RCR=1ΩC=2F3dB截止点通带阻带010203040IL(dB)0.1110100(rad/s)(1)低通原型滤波器210lg[1(2)]ILCR2kCR其中截止角频率：对应于3dB截止点的角频率c原型滤波器：2FC第6章抑制电磁干扰的滤波技术2HLRUg~RL等R=1ΩL=2HL型原型滤波器210lg1[(2)]ILLR1c1R1k(2)kLRΓ型：222110lg[(2)(/)]4ILLCCRLR2222110lg1[()4()]4LCLCCRLR1c1R1k221[()4()]14LCLCCL2LC第6章抑制电磁干扰的滤波技术①带宽换算——aC——换算后bC——换算前（2）由原型滤波器设计实际滤波器带宽换算阻抗换算宽带与阻抗综合换算12baccCffkfCff1ΩUg~1ΩCaUg~等1Ω1ΩLa12πcccfC型：cffbL——换算前L型：aL——换算后210lg[1(2)]aILC(2π)abcCCf令(2π)abcLLf第6章抑制电磁干扰的滤波技术②阻抗换算令/abCCZabRZRabLZL210lg(1)ILkL型：2aabbkfRCfRCf/2aabbkfLRfRCf(1)RRZ(1)bRRaUg~CaRaUg~等LaRaRaC型：第6章抑制电磁干扰的滤波技术③宽带与阻抗综合换算//(2)aabcCCZCfZabRZR/(2)aabcLZLZLf210lg(1)ILk2baabccCffkfRCRff/2baacbcLffkfLRfRfRaUg~CaRaUg~等LaRaRa/(2),abcLLf/(2),abcCCfL型：C型：第6章抑制电磁干扰的滤波技术例：设计阻抗为50Ω，截止频率fc=1MHz的低通滤波器。9616.4106400pF25010bcCCZf66501501610H16H210bccZLLffL型：C型：50Ug~C=6400pF50Ug~等L=16μH5050第6章抑制电磁干扰的滤波技术4.多级滤波器过渡带与滤波器阶数（L、C器件数）的关系：对于n阶滤波器，过渡带的斜率按20ndB/10倍频或6ndB/倍频增加。增加滤波器的阶数仅增加了过渡带的斜率，而不改变滤波器的截止频率。cf210cf10cf310cf410cf204060801阶2阶3阶4阶fIL第6章抑制电磁干扰的滤波技术第6章抑制电磁干扰的滤波技术2,1LCR222(22)(22)10lg[]4IL二阶原型滤波器：410lg(1)U~C1ΩL1ΩCU~1ΩL1Ω第6章抑制电磁干扰的滤波技术1,2,1CLR2232610lg(12)()10lg(1)IL三阶原型滤波器：Π型:T型：1,2,1LCR2232610lg(12)()10lg(1)IL2F1Ω1H等U~1Ω1H等1F1Ω2HU~1Ω1F第6章抑制电磁干扰的滤波技术例：设天线的工作频率为2~30MHz，输入阻抗为72Ω，干扰频率为66～72MHz，要求带外衰减≥30dB，设计低通滤波器。解：最低截止频率30MHz，取32MHz。最低干扰频率fi66MHz,则2.06icff要求：6ndB/倍频30dB，则n≥5，取n＝5。153240.618F,2.00F,1.618HbbbbbCCCLL换算：72ΩgLRR151(2)43pFbcCCCfZ242(2)0.58μHbcLLLZf33(2)138pFbcCCfZ5级原型滤波器的参数为第6章抑制电磁干扰的滤波技术6.3电容、电感的高频特性2222()1()LCZRXXRLC谐振点：1LC1.电容的频率特性引线长1.6mm的陶瓷电容器C低频模型RCL高频模型电容量谐振频率(MHz)1μF1.70.01μF12.63300pF19.31100pF33330pF60阻抗频率特性理想电容1/LCZ阻抗频率特性曲线实际电容第6章抑制电磁干扰的滤波技术第6章抑制电磁干扰的滤波技术第6章抑制电磁干扰的滤波技术巧用谐振点：通过调整电容量和引线长度，使谐振点恰好落在干扰频率上（附近），提高滤波效果。对滤波特性的影响提高谐振频率的方法：尽量缩短引线长度；1/LC当角频率时，会发生串联谐振，这时电容的阻抗最小，滤波效果最好，超过谐振点后，电容器的阻抗呈现电感阻抗特性——随频率的升高而增加，滤波效果开始变差。选用电感较小的种类。一个常见的错误：加大电容量来提高干扰抑制效果。第6章抑制电磁干扰的滤波技术克服电容非理想性的方法带宽干扰信号，以上。:kHz~GHzf①大小电容并联：大电容谐振点低，小电容谐振点高。大电容抑制低频干扰，小电容抑制高频干扰。RUg~R大电容Z小电容电容并联LC并联电感并联问题：大小电容的谐振频率点间，大电容呈电感性，小电容呈电容性。构成LC并联网络，在某个频率点上出现并联谐振。并联电容第6章抑制电磁干扰的滤波技术不同值电容的谐振第6章抑制电磁干扰的滤波技术②三端电容三端电容：构成一个T形滤波器。问题：引线间电容耦合，另一引线的电感（