EMI濾波器的操作原理和錯(cuò)誤安裝

Ⅰ 介紹

1.1 EMI濾波器定義

這EMI濾波器（電磁干擾過(guò)濾器），也稱為RFI濾波器或射頻干擾濾波器，是由電容、電感和電阻組成的濾波電路。其濾波電路由電容、電感和電阻組成。無(wú)源雙向網(wǎng)絡(luò)：一端是電源，另一端是負(fù)載。EMI濾波器的原理是阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)：EMI濾波器的輸入和輸出側(cè)、電源和負(fù)載側(cè)之間的阻抗匹配越大，電磁干擾的衰減越有效。該濾波器可以有效地濾除電源線中的特定頻率或外部頻率，從而獲得特定頻率的電源信號(hào)，或者消除特定頻點(diǎn)之后的電源信號(hào)。事實(shí)上，EMI濾波器是一種電氣設(shè)備/電路，可以減輕電源線和信號(hào)線路上的高頻電磁噪聲。

1.2電磁干擾源

電磁干擾（Electro-Magnetic Interference）?電子樂器工業(yè)（Electrical Music Industry）?百代唱片（Electrical And Musical Industries.Ltd）是干擾電信號(hào)并降低信號(hào)完整性的電子噪聲。每個(gè)電氣或電子設(shè)備連接都可能成為EMI的潛在來(lái)源。它是由宇宙能量對(duì)外產(chǎn)生的，如太陽(yáng)耀斑、雷擊、大氣噪聲、電子設(shè)備、電力線等等。很大一部分是沿著電力線產(chǎn)生的，通過(guò)電力線傳輸?shù)皆O(shè)備上。EMI濾波器是設(shè)計(jì)用于減少或消除噪聲干擾的設(shè)備或內(nèi)部模塊。

1.3共模噪聲和差模噪聲

圖一。共模和差模電路

利用EMI濾波器的這一特性，可以將通過(guò)電源濾波器的方波群或復(fù)合噪聲轉(zhuǎn)換為特定頻率的正弦波。

線路濾波器要抑制的噪聲可分為以下兩種類型：

1） 共模：兩條（或多條）電源線上的同一個(gè)噪聲，可以看成是電源線對(duì)地的噪聲。

2） 異態(tài)：電源線之間的噪聲。

一；一個(gè)EMI濾波器將對(duì)共模噪聲和差模噪聲具有不同的抑制能力，并且通常將由對(duì)應(yīng)于抑制的頻譜（以分貝為單位）來(lái)描述。

1.4為什么我們需要EMI濾波器？

電磁兼容性（電磁兼容性）是衡量電子產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，它日益成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。在電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，引入電磁兼容設(shè)計(jì)可以提高電源系統(tǒng)的整體抗干擾能力，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命，保證使用安全。因此，電磁干擾濾波器是一種提供良好電磁兼容性的裝置。

Ⅱ EMI濾波器的適應(yīng)原理

電源濾波器中常用的濾波電路有無(wú)源濾波和有源濾波。無(wú)源濾波的主要形式有電容濾波器、電感濾波器和復(fù)合濾波器（包括倒L型、LC濾波器、LCπ型濾波器和RCπ型濾波器等。）。有源濾波器的主要形式是有源RC濾波器，也稱為電子濾波器。DC電流中脈動(dòng)分量的大小用脈動(dòng)系數(shù)s來(lái)表示，該值越大，濾波效果越差。

脈動(dòng)系數(shù)（S） =輸出電壓交流分量的基波最大值/輸出電壓的DC分量

具體工作原理如下：交流電經(jīng)二極管整流后，方向單一，但電流仍在不斷變化。這種脈動(dòng)DC一般不直接用于無(wú)線電電源。因此，有必要將脈動(dòng)的DC轉(zhuǎn)換成平滑的DC波，這就是濾波。換句話說(shuō)，濾波的任務(wù)是盡可能地減少整流輸出電壓的波動(dòng)分量，并將其轉(zhuǎn)換成幾乎恒定的DC電源。

根據(jù)電源端口的電磁干擾特性，EMI濾波器可以無(wú)衰減地向電源傳輸交流電。這不僅大大降低了交流傳輸?shù)腅MI噪聲，還有效抑制了電源產(chǎn)生的EMI噪聲，防止它們進(jìn)入交流電網(wǎng)干擾其他電子設(shè)備。

這是一種適用于交流和DC電源的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有雙向抑制功能。將其插在交流電網(wǎng)和電源之間，相當(dāng)于在交流電網(wǎng)的EMI噪聲和電源之間加了一道阻隔屏障，即雙向噪聲抑制，因此被廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。

針對(duì)電源終端電磁干擾的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了電磁干擾濾波器。它通常是由電感、電容、電阻或鐵氧體器件組成的選擇性雙端網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)工作原理，它被稱為反射濾光片。它在濾波器阻帶中提供高串聯(lián)阻抗和低并聯(lián)阻抗，這導(dǎo)致它與噪聲源的阻抗和負(fù)載阻抗嚴(yán)重不匹配，從而將不需要的頻率分量轉(zhuǎn)移回噪聲源。

Ⅲ 操作原則

下圖是EMI濾波器的典型電路圖：C1和C2是差模電容，一般稱為X電容，電容往往在0.01μF-0.47μF之間；Y1和Y2是共模電容，一般稱為Y電容，電容不能太大，一般在幾十納法，太大的話容易造成漏電；L1是一個(gè)共模扼流圈，它是一對(duì)以相同方向纏繞在同一個(gè)鐵氧體環(huán)上的線圈。電感約為幾毫亨。對(duì)于共模干擾電流，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，共模扼流圈線圈表現(xiàn)出較大的阻抗來(lái)衰減干擾信號(hào)。對(duì)于模式信號(hào)，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消，所以不影響電路的性能。需要注意的是，這是初級(jí)濾波電路，如果想要更好的效果，可以使用二級(jí)濾波。

圖二。EMI濾波器的典型電路圖

要判斷一個(gè)EMI濾波器的好壞，就要了解它的性能指標(biāo)。主要參數(shù)：額定電壓、額定電流、泄漏電流、絕緣電阻、耐壓、工作溫度、插入損耗等。最重要的是插入損耗。插入損耗通常用“IL”表示，有時(shí)也稱為插入衰減。該指標(biāo)是EMI濾波器性能的主要指標(biāo)。通常用分貝數(shù)或頻率特性曲線來(lái)表示。是指濾波器接入電路前后，測(cè)試信號(hào)從電源到負(fù)載的功率比或端電壓比。分貝數(shù)越大，抑制干擾的能力越強(qiáng)。例如，一些插入損耗可以用50歐姆的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)測(cè)試。下圖顯示了EMI濾波器的插入損耗。

圖3。電磁干擾濾波器的插入損耗

EMI濾波器分類

有兩種主要類型的EMI濾波器：傳導(dǎo)EMI和輻射EMI。傳導(dǎo)EMI通過(guò)導(dǎo)線等導(dǎo)體，而輻射EMI通過(guò)空氣傳播。在高速PCB設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線，集成電路管腳，各種連接器等?？赡芏汲蔀檩椛涓蓴_源，可以發(fā)射電磁波，影響系統(tǒng)或子系統(tǒng)的正常工作。

Ⅴ 選擇

因此，當(dāng)采購(gòu)EMI濾波器、相數(shù)、額定電壓、額定電流、泄漏電流、認(rèn)證、體積和形狀、插入損耗等。應(yīng)該充分考慮。額定電壓/電流應(yīng)滿足產(chǎn)品要求，泄漏電流不能過(guò)大?？蛇x擇具有相關(guān)認(rèn)證體系的EMI濾波器。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定其體積和形狀。插入損耗大時(shí)，抑制能力強(qiáng)等。

除了這些，還有一些細(xì)節(jié)需要考慮。例如，有些EMI濾波器是軍用級(jí)的，有些是工業(yè)級(jí)的。有些專用于家用設(shè)備，有些專用于逆變器，有些專用于醫(yī)療設(shè)備。只有確定了對(duì)象，才能選擇合適的。只要滿足基本條件，價(jià)格就是要考慮的關(guān)鍵因素。

Ⅵ 裝置

1.EMI濾波器不能有電磁耦合路徑。

1）電源線太長(zhǎng)。

2）電力線太近。

這兩種安裝都不正確。問題的關(guān)鍵在于濾波器的輸入線和輸出線之間存在明顯的電磁耦合路徑。這樣，出現(xiàn)在濾波器一端的EMI信號(hào)逃脫了濾波器的抑制，直接耦合到濾波器的另一端而沒有衰減。因此，濾波器輸入和輸出線路必須首先有效分離。

此外，如果上述兩種類型的電源濾波器安裝在設(shè)備的屏蔽內(nèi)部，由于濾波器（電源）端子上的輻射產(chǎn)生的EMI信號(hào)，設(shè)備內(nèi)部電路和組件上的EMI信號(hào)將直接耦合到設(shè)備外部。因此，設(shè)備屏蔽失去了對(duì)內(nèi)部組件和電路產(chǎn)生的EMI輻射的抑制。當(dāng)然，如果濾波器（電源）上有EMI信號(hào)，也會(huì)由于輻射耦合到器件內(nèi)部的元器件和電路上，從而破壞對(duì)EMI信號(hào)的抑制。

2.不要將電纜捆在一起。

一般來(lái)說(shuō)，在電子設(shè)備或系統(tǒng)中安裝EMI濾波器時(shí)，注意不要將電源端和負(fù)載端之間的電線捆綁在一起，因?yàn)檫@無(wú)疑會(huì)加劇它們之間的電磁耦合，導(dǎo)致EMI信號(hào)抑制效果不佳。

3.盡量避免使用長(zhǎng)接地線。

建議將逆變器或電機(jī)連接到EMI濾波器的輸出端，長(zhǎng)度不超過(guò)30 cm。因?yàn)檫^(guò)長(zhǎng)的接地線意味著較大的接地電感和電阻，它會(huì)嚴(yán)重破壞濾波器的共模抑制。一種更好的方法是用金屬螺釘和星形彈簧墊圈將濾波器的屏蔽罩固定在裝置電源入口處的外殼上。

4.輸入線和輸出線必須分開。

有距離不代表并聯(lián)，因?yàn)檫@樣會(huì)降低濾波器性能。

5.EMI過(guò)濾器外殼必須與外殼接觸良好。

變頻器專用濾波器金屬外殼和外殼必須連接好，接地線也必須連接好。

6.連接線應(yīng)該是雙絞線。

輸入輸出連接線最好選擇屏蔽雙絞線，可以有效消除一些高頻干擾信號(hào)。