電源濾波器型號及選型

電源濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路，又名“電源EMI濾波器”，或是“EMI電源濾波器”，一種無源雙向網(wǎng)絡(luò)，它的一端是電源，另一端是負(fù)載。電源濾波器的原理就是一種——阻抗適配網(wǎng)絡(luò)：電源濾波器輸入、輸出側(cè)與電源和負(fù)載側(cè)的阻抗適配越大，對電磁干擾的衰減就越有效。濾波器可以對電源線中特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除，得到一個(gè)特定頻率的電源信號，或消除一個(gè)特定頻率后的電源信號。

電源濾波器是一種無源雙向網(wǎng)絡(luò)，它的一端是電源，另一端是負(fù)載。電源濾波器的原理就是一種——阻抗適配網(wǎng)絡(luò)：電源濾波器輸入、輸出側(cè)與電源和負(fù)載側(cè)的阻抗適配越大，對電磁干擾的衰減就越有效。

電源濾波器內(nèi)部電路

電源濾波器型號分類

電源濾波器的作用就是減少電源干擾，而電源干擾可以分為兩類：普通模式和共通模式。普通模式是兩組輸入電源線之間的雜訊，這種雜訊通常是在關(guān)機(jī)和開機(jī)時(shí)產(chǎn)生。而共通模式是指因?yàn)槠鞑慕拥夭涣?，又或是廣播無線電及冰箱馬達(dá)電磁、日光節(jié)能燈鎮(zhèn)流器、洗衣機(jī)、風(fēng)扇可控硅調(diào)速等引發(fā)的干擾！

濾波器的種類很多，分類方法也不同。

1.從功能上分；低、帶、高、帶阻。

2.從實(shí)現(xiàn)方法上分：FIR、IIR

3.從設(shè)計(jì)方法上來分：Chebyshev（切比雪夫），Butterworth（巴特沃斯）

4.從處理信號分：經(jīng)典濾波器、現(xiàn)代濾波器

等等。

濾波器與漏電流

電網(wǎng)濾波器漏電流定義為：在額定交流電壓下濾波器外殼到交流進(jìn)線任應(yīng)一端的電流，如果濾波器的所有端口與外殼之間是完全絕緣的，則漏電流的值主要取決于共模電容CY的漏電流，即主要取決于CY的容量。由于濾波器漏電流的大小，設(shè)計(jì)到人身安全，國際上各國對插都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。對于是20V/50Hz交流電網(wǎng)供電，一般要求噪聲濾波器的漏電流小于1mA。

濾波器與試驗(yàn)電壓

對于交流電網(wǎng)噪聲濾波器，試驗(yàn)電壓分為兩種：一種是加在交流進(jìn)線兩端，即線—線試驗(yàn)電壓。若電感線圈及引線是良好的，它取決于電容器CX的耐壓。另一種是加在交流進(jìn)線任一端與機(jī)殼地之間，即線—地試驗(yàn)電壓。它取決于CX的耐壓。

漏電流和試驗(yàn)電壓對是噪聲濾波器的安全性能參數(shù)，是濾波器中電感線圈、絕緣和電容器CX、CY安全性能的具體體現(xiàn)，并且與設(shè)備及人身安全緊密相關(guān)。因此在電網(wǎng)噪聲濾波器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用中，都要加以重視，把這些技術(shù)參數(shù)的認(rèn)證和檢驗(yàn)放在首位。

［7］ 濾波器的技術(shù)參數(shù)及正確使用

（1）插入損耗是噪聲濾波器的重要技術(shù)參數(shù)之一，在設(shè)計(jì)和選用時(shí)應(yīng)予主要考慮。在濾波器的安全常規(guī)電氣性能、環(huán)境及機(jī)械條件都滿足要求時(shí)，應(yīng)盡量選擇插入損耗值大些。

插入損耗的定義如圖3所示，當(dāng)沒接濾波器時(shí)，信號源輸出電壓為V點(diǎn)，當(dāng)濾波器接入后，在濾波器的輸出端測得信號源的電壓為V2。若信號源輸出阻抗與接收機(jī)輸入阻抗相等，都是50Ω，則濾波器的插入損耗為：

IL=20log（V1/V2）

因?yàn)殡娫丛肼暈V波器能衰減共模噪聲和差模噪聲，所以它即有共模插入損耗，和差模插入損耗。

但在實(shí)際選用濾波器時(shí)，應(yīng)注意產(chǎn)品手冊給出的插入損耗曲線，都是按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在其輸入和輸出阻抗都為50Ω條件下測得的。因?yàn)閷?shí)際的濾波器兩端阻抗不一定在全頻率范圍內(nèi)是不是50Ω，所以它對EMI信號的衰減，并不等于產(chǎn)品手冊中給出的插入損耗值。特別當(dāng)使用安裝不當(dāng)時(shí)，還會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)給定的插入損耗值。

（2）電源噪聲濾波器是一種具有互易性的無源網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際應(yīng)用中為使它有效地抑制噪聲應(yīng)合理配接。按圖4所示組合來選擇濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參考，才能得到較好的EMI抑制效果。

當(dāng)濾波器的輸出阻抗與負(fù)載阻抗不相等時(shí)，在此端口上會產(chǎn)生反射，兩個(gè)阻抗相差越大，端口產(chǎn)生的反射也越大。當(dāng)濾波器兩端阻抗都與外部阻抗不相等時(shí)，則EMI信號將在其輸入和輸出端產(chǎn)生反射。這時(shí)電源濾波器對電磁干擾噪聲的衰減，就與濾波器固有的插入損耗和反射損耗有關(guān)，可利用這點(diǎn)更有效地抑制電磁干擾噪聲。在實(shí)際設(shè)計(jì)和選擇使用EMI濾波器時(shí)，要注意濾波器阻抗的正確連接，以造成盡可能大的反射，使濾波器在很寬的頻率范圍內(nèi)造成較大的阻抗失配，從而得到更好的電磁干擾抑制性能。

（3）在電源濾波器的實(shí)際應(yīng)用中，要求其外殼與系統(tǒng)地之間有良好的電氣連接，且應(yīng)使地線盡可能短，因?yàn)檫^長的接地線會加大接地電阻和電感，而嚴(yán)重削減濾波器的共模抑制能力，同時(shí)也會產(chǎn)生公共接地阻抗耦合的問題。如圖5所示，接地線過長，則濾波器輸入和輸出之間的公共耦合阻抗Zg也會過大，負(fù)載上電壓為：

Vo=Vz+Vg=Vz+（Ii-Io）Zg --（2）

式中：Ii為濾波器交流輸入電路的噪聲電流。

Io為濾波器輸出電路的噪聲電流。

開關(guān)電源EMI濾波器的正確選擇與使用

舉例說明：

德國 VDE0565.2 高壓測試（AC）P，N→E 1.5KV／50Hz 1分鐘

瑞士 SEV1055 高壓測試（AC）P，N→E 2？Un＋1.5KV／50Hz 1分鐘

如最大工作電壓Un＝250V（AC），則2？Un＋1.5KV＝2KV

美國 UL1283 高壓測試（AC）P，N→E 1KV／60Hz 1分鐘

可見，共模電容Cy的耐壓測試條件（瑞士）SEV1055比（美）UL1283高出一倍。

德國 VDE0565.1 高壓測試（DC）P→N 4.5VnKV 1分鐘

如最大工作電壓Vn＝250V（DC）則

4.3？Vn＝4.3×0.250×2根號2＝3.040KV 1分鐘

瑞士 SEV1055 高壓測試（DC） P→N 4.3VnKV 1分鐘

美國 UL1283 高壓測試（DC） P→N 1.414KV 1分鐘

可見，差電模電容Cx的耐壓測試條件，瑞士也比美國高出一倍左右。

這里要說明的是

a. P→N耐壓測試采用直流電壓的原因是因?yàn)镃x容量較大。如采用交流測試，則耐壓測試儀要求電流容量大，造成成本高，體積大。采用直流電壓測試就不存在這種問題。但要將交流工作電壓換成等效的直流工作電壓。如最大交流工作電壓250V（AC）＝250×2根號2＝707V（DC）直流工作電壓。所示UL1283安全規(guī)范1414V（DC）＝2？Vn。

b. 國際著名濾波器專業(yè)廠說明書中耐壓測試條件

美國 Corcom公司 P，N→E 2250V（DC） 1分鐘

P→N 1450V（DC） 1分鐘

瑞士 Schaffner公司P，N→E 2KV（AC） 1分鐘

P→N 不測 1分鐘

國內(nèi)濾波器專業(yè)廠一般參考德國VDE安規(guī)或參考美國UL安規(guī)。

3.2 泄漏電流與安全

任何典型濾波器電路的共模電容Cy都有一端接金屬機(jī)殼。從分壓角度看，濾波器金屬外殼都帶有1／2額定工作電壓，如工作220V（AC），那么外殼帶有110V（AC）電壓。因此，從安全角度出發(fā)，濾波器通過Cy到地端的泄漏電流要盡可能的小，否則將危及人身安全。圖12描述了一路泄漏電流通過人體構(gòu)成大地回路的情況（圖12中E表示濾波器的接地點(diǎn)，F(xiàn)G表示機(jī)架的接地點(diǎn)）。對地電容應(yīng)為C1和雜散電容之和。實(shí)際上，通過人體的泄漏電流是兩路，所以濾波器泄漏電流應(yīng)為一路泄漏電流的兩倍。設(shè)備中使用的濾波器愈多，泄漏電流也愈大。因此，千萬要加以注意。

同樣，國際上泄漏電流的安全規(guī)范，各主要工業(yè)國家也有所區(qū)別。

美國

UL478

UL1283

5mA，120V，60Hz; 0.5~3.5mA，120V，60Hz

加拿大

C22.2 No.1

5mA，120V，60Hz

瑞士

SEV 1054-1

IEC 335-1

0.75mA，250V，50Hz

德國

VDE 0804

3.5mA，250V，50Hz

這里要說明的是：

a. 泄漏電流直接和電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率成正比。因此，對于400Hz電網(wǎng)頻率要特別注意，否則在相同電網(wǎng)電壓的情況下，同一濾波器的泄漏電流要增加8倍（對于50Hz），很可能不符合安規(guī)要求。

b. 在檢驗(yàn)濾波器泄漏電流時(shí)，一定要采用符合國際規(guī)范的測量電路。測量時(shí)，濾波器金屬外殼不能接地，一定要懸浮。

c. 三相濾波器的泄漏電流應(yīng)是各相泄漏電流之和。

4 正確安裝方法

a. 為了濾波器的安全可靠工作（散熱和濾波效果），除濾波器一定要安裝在設(shè)備的機(jī)架或機(jī)殼上外，濾波器的接地點(diǎn)應(yīng)和設(shè)備機(jī)殼的接地點(diǎn)取得一致，并盡量縮短濾波器的接地線。

若接地點(diǎn)不在一處，那么濾波器的泄漏電流和噪聲電流在流經(jīng)兩接地點(diǎn)的途徑時(shí)，會將噪聲引入設(shè)備內(nèi)的其他部分。

其次，濾波器的接地線會引入感抗，它能導(dǎo)致濾波器高頻衰減特性的變壞。所以，金屬外殼的濾波器要直接和設(shè)備機(jī)殼連接。如外殼噴過漆，則必須刮去漆皮；若金屬外殼的濾波器不能直接接地或使用塑封外殼濾波器時(shí)，它與設(shè)備機(jī)殼的接地線應(yīng)可能的短。

b. 濾波器要安裝在設(shè)備電源線輸入端，連線要盡量短；設(shè)備內(nèi)部電源要安裝在濾波器的輸出端。若濾波器在設(shè)備內(nèi)的輸入線長了，在高頻端輸入線就會將引入的傳導(dǎo)干擾耦合給其他部分（參見圖15）。若設(shè)備內(nèi)部電源安裝在濾波器的輸入端，由于連線過長，也會導(dǎo)致同樣的結(jié)果。

c. 確保濾波器輸入線和輸出線分離

若濾波器輸入、輸入線捆扎在一起或相互安裝過近，那么由于它們之間的耦合，可能使濾波器的高頻衰減降低。若輸入、輸出線必須接近，那么都必須采用雙絞線或屏蔽線。

d. 要將噪聲濾波器正確地連接到設(shè)備內(nèi)部的每一單元。

若帶有單獨(dú)電源的若干單元安裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，那么必須把每一個(gè)單元視為設(shè)備的獨(dú)立部分。每一單元必須連接各自的噪聲濾波器，否則在機(jī)殼內(nèi)，這些單元中的每一單元的噪聲都會傳導(dǎo)給其他單元。

電源濾波器的基本原理

電源濾波器是由電感和電容組成的低通濾波電路所構(gòu)成，它允許直流或50Hz電流通過，對頻率較高的干擾信號則有較大的衰減。由于干擾信號有差模和共模兩種，因此電源濾波器要對這兩種干擾都具有衰減作用。

電源濾波器的主要指標(biāo)

當(dāng)我們選用電源濾波器時(shí)，應(yīng)主要考慮三個(gè)方面的指標(biāo)；首先是電壓/電流，其次是插入損耗，最后是結(jié)構(gòu)尺寸。由于濾波器內(nèi)部一般是經(jīng)過灌封處理的，因此環(huán)境特性不是主要問題。但是所有的灌封材料和濾波電容器的溫度特性對電源濾波器的環(huán)境特性有一定的影響。

a）電壓、電流對使用效果的影響

電源有交流直流之分，與此相對應(yīng)，許多廠家的電源濾波器也分為交流和直流兩種。從原理上講，交流電源濾波器既可用在交流電源上，也可在直流電源上使用；但直流電源濾波器不能用在交流的場合，這主要因?yàn)橹绷鳛V波器中的電容器的耐壓較低，并且有可能其交流損耗較大，導(dǎo)致過熱。即使直流濾波器耐壓沒有問題，由于直流濾波器中使用了容量較大的共模濾波電容器，如果在交流的場合會產(chǎn)生漏電流超標(biāo)的問題。因此，直流電源濾波器絕對不能用在交流的場合。交流濾波器用在直流場合，從安全的角度看沒有問題，但要付出成本和體積的代價(jià)；在樣機(jī)階段，如果手頭正好有交流濾波器，可以代替直流濾波器。

當(dāng)電源濾波器的工作電流超過額定電流時(shí)，不僅會造成濾波器過熱，而且會導(dǎo)致濾波器的低頻濾波性能降低。這是因?yàn)闉V波器中的電感在較大電流的情況下，磁芯會發(fā)生飽和現(xiàn)象，使實(shí)際電感量減小。因此，確定濾波器的額定工作電流時(shí)，要以設(shè)備的最大工作電流為準(zhǔn)，確保濾波器在最大電流狀態(tài)下具有良好的性能，否則當(dāng)干擾在最大工作電流狀態(tài)下出現(xiàn)時(shí)，設(shè)備會受到干擾或傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)。

在確定濾波器的額定電流時(shí)，要留有一定的余量；特別是人們習(xí)慣上對交流電稱“有效值”，而不是交流電的“峰值”，留有一定余量是非常有必要的。一般濾波器的額定電流值應(yīng)取實(shí)際電流值的1.5倍。

b） 插入損耗對使用效果的影響：

從抑制干擾的角度考慮，插入損耗是最重要的指標(biāo)。插入損耗分為差模插入損耗和共模插入損耗。

選用電源濾波器是怎樣確定所需要的插入損耗

首先在設(shè)備的電源入口處不安裝濾波器，對設(shè)備進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射和傳導(dǎo)敏感度的測量，并與要滿足的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，看兩者之間相差多少分貝，濾波器的作用是彌補(bǔ)上這個(gè)差距。以抑制設(shè)備的傳導(dǎo)發(fā)射為例，給出了確定濾波器插入損耗的過程。首先將設(shè)備的傳導(dǎo)發(fā)射值最大包絡(luò)線（a）與標(biāo)準(zhǔn)給出的限制值線（b）相比較，計(jì)算其差值得到需要的插入損耗值（c）。由于電源濾波器是低通濾波器將插入損耗線（c）變換為低通濾波器插入損耗的形式（d），（d）就是濾波器需要的插入損耗值。

注意： （d）并不是低頻濾波器的特性，而是一個(gè)帶阻濾波器的特性，這是考慮到實(shí)際濾波器的非理想性（見下一節(jié)）。

但如果從廠家的產(chǎn)品樣本上選擇插入損耗值滿足（d）的濾波器，十有八九會失敗。因?yàn)閺S家產(chǎn)品樣本上的數(shù)據(jù)是在濾波器兩端阻抗為50Ω的條件下測得的，而實(shí)際使用條件并不是這樣。因此在實(shí)際使用條件下，濾波器的插入損耗會有所降低。為了保險(xiǎn)起見，在從產(chǎn)品樣本中選擇濾波器時(shí)，應(yīng)加20dB的余量，這就得到了（e）。從樣本上選擇濾波器，其插入損耗應(yīng)滿足（e）的要求。

實(shí)際電源濾波器與理想濾波器的差距

理想的電源濾波器是低通濾波器，但實(shí)際的電源濾波器通常是帶阻濾波器。造成這種差別的原因是電容器和電感器的非理想性。

電容器的引線是有電感的，而電感線圈上又存在著寄生電容，盡管這些電感、電容很小，但當(dāng)頻率較高時(shí)，它們的影響是不能忽略的。因此由實(shí)際電感、電容器構(gòu)成的低通濾波器電路在頻率較高時(shí)，就變成了一個(gè)帶阻濾波器電路。

此外，高頻時(shí)器件之間的耦合也是造成濾波器在高頻區(qū)間插入損耗減小的一個(gè)原因。從圖可以看到，器件之間的距離對濾波器的高頻性能有很大的影響。這種影響在1MHz時(shí)就已經(jīng)很明顯了。

因此，即使濾波器的電路結(jié)構(gòu)完全相同，由于器件的特性不同、器件的安裝方式的不同、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，它們的高頻性能會差很多。濾波器的電路結(jié)構(gòu)僅決定了濾波器的低頻特性。要想提高濾波器的高頻性能，生產(chǎn)時(shí)需要從許多方面注意制作工藝，如選用電感小的電容器、制作寄生電容小的電感、焊接時(shí)電容器的引線盡量短、在內(nèi)部采取適當(dāng)?shù)母綦x等。

電源濾波器高頻插入損耗的重要性

許多人認(rèn)為，既然傳導(dǎo)發(fā)射極限值的頻率上限30MHz，那么就沒有必要對濾波器的高頻衰減提出要求。這是一個(gè)誤解，也正是存在這種錯(cuò)誤的概念讓許多人在使設(shè)備滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的過程中走了很長彎路，浪費(fèi)了大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。

由于設(shè)備上的電纜是高效的輻射天線，當(dāng)電纜上有高頻傳導(dǎo)電流時(shí)，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻射，使設(shè)備不能滿足輻射發(fā)射極限值的要求。因此，當(dāng)電源線上有高頻干擾電流時(shí)，同樣也會產(chǎn)生輻射，使設(shè)備的輻射發(fā)射超標(biāo)。對于一個(gè)沒有電磁兼容經(jīng)驗(yàn)的人來說，這個(gè)問題是很難發(fā)現(xiàn)的；因?yàn)楫?dāng)他所開發(fā)的設(shè)備輻射發(fā)射超標(biāo)時(shí)，它會從機(jī)箱、信號電纜等環(huán)節(jié)檢查（這是許多教科書和培訓(xùn)班中所介紹的），而根本想不到會是電源線的問題。

特別是設(shè)備的電源線傳導(dǎo)發(fā)射已經(jīng)滿足了標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，它絕想不到應(yīng)再次檢查電源線是否有問題，所以，電源濾波器的高頻特性是十分重要的。

特別提示：當(dāng)設(shè)備的輻射發(fā)射不合格時(shí)，別忘記檢查電源線的共模傳導(dǎo)發(fā)射，很多場合輻射發(fā)射的超標(biāo)時(shí)由于電源線上的共模電流造成的。

電源濾波器如何選型

選電源濾波器的目的是抑制電磁噪聲，功能就是通過在電源線中接入電源濾波器，得到一個(gè)特定頻率的電源信號，或消除一個(gè)特定頻率后的電源信號。在使用的時(shí)候我們就需要了解電源濾波器方面的知識，這樣可以防止不必要的損失，而在使用的時(shí)候我們還需要了解如何選擇電源濾波器。

工具/原料

電源濾波器

選額定電壓

1　額定電壓是電源EMI濾波器用在指定電源頻率時(shí)的工作電壓，也是濾波器最高允許的電壓值。如用在50Hz單相電源的濾波器，額定電壓為250V;

2用在50Hz三相電源的濾波器，額定電壓為440V.若輸入濾波器的電壓過高，會使內(nèi)部電容器損壞。

END

2.額定電流

1 額定電流（Ir）是在額定電壓和指定環(huán)境溫度條件下所允許的最大連續(xù)工作電流。隨著環(huán)境溫度的升高，或由于電感導(dǎo)線的銅損，磁芯損耗以及周圍環(huán)境溫度等原因?qū)е鹿ぷ鳒囟雀哂谑覝兀@時(shí)候就難以確保插入損耗的性能。我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際可能的最大工作電流和工作環(huán)境溫度來選擇濾波器的額定電流。

END

3.插入損耗

1插入損耗定義 插入損耗是EMI電源濾波器最重要的技術(shù)參數(shù)之一，設(shè)計(jì)人員和工程應(yīng)用人員考慮的中心問題就是：在保證濾波器安全、環(huán)境、機(jī)械和可靠性能滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，實(shí)現(xiàn)盡可能高的插入損耗。 濾波器的插入損耗是頻率的函數(shù)，用dB（分貝）表示。電路未接濾波器時(shí)，信號源在接受電路端電壓（功率）為U（ P），接入濾波器后在接受端輸入電壓（功率）為U（ P） ，定義插入功耗I.L（InsertionLoss）可以用下列方程推導(dǎo)出來： 假設(shè)實(shí)際負(fù)載阻抗在濾波器插入前后保持不變，故1.1式的各功率可以由其相應(yīng)的負(fù)載電壓和阻抗的表達(dá)式來代替： 方程中所表示的插入損耗，需要在任何頻率下通過取下和插入濾波器來進(jìn)行測量。

2共模損耗與差模損耗 EMI電源濾波器的插入損耗包括共模（表示為CM）插入損耗和差模（表示為DM）插入損耗。關(guān)于它們的具體測試方法，在CISPR第17號出版物中有過說明，這里就不再說明。

END

外型尺寸的選擇

選型前也要注意外形尺寸和安裝孔距 。這樣可以避免采購回來的濾波器無法安裝。

2連接方式的選擇，濾波器基本上有引線連接 ，銅螺桿連接（注意別買到鐵的 ），PCB板插針濾波器，IEC 插座濾波器，焊片連接 銅排連接