一種能有效抗電網(wǎng)干擾的噪聲濾波器

張秀秀

(長(zhǎng)治學(xué)院 電子信息與物理系，山西 長(zhǎng)治 046011)

一種能有效抗電網(wǎng)干擾的噪聲濾波器

張秀秀

(長(zhǎng)治學(xué)院 電子信息與物理系，山西 長(zhǎng)治 046011)

介紹了一種有效的噪聲濾波器。以分析噪聲的傳播方式、結(jié)合濾波器所需對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)電源工作頻率為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)濾波器，無(wú)需復(fù)雜的計(jì)算，對(duì)不同工作頻率的開(kāi)關(guān)電源有較強(qiáng)的針對(duì)性。

濾波器；噪聲；電磁干擾

前言

在電子設(shè)備供電電源上存在各種各樣的外來(lái)干擾信號(hào)。很多電子設(shè)備本身在完成其功能同時(shí)，也產(chǎn)生了形形色色的 EMI(Electro Magnetic Interference)信號(hào)。這些EMI信號(hào)，通過(guò)傳導(dǎo)和輻射的方式，影響著該環(huán)境里運(yùn)行的電子設(shè)備。

IBM公司的一項(xiàng)研究表明：一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)裝置每月都會(huì)遭受120多次電源干擾。且電源問(wèn)題是造成美國(guó)45％以上的計(jì)算機(jī)裝置丟失數(shù)據(jù)和發(fā)生故障的根本原因。從電源上所受的干擾統(tǒng)計(jì)分析，其中脈沖干擾占39.5％，振蕩瞬變占49％，這兩項(xiàng)共占88.5％，是電源受到干擾的主要成分。針對(duì)電網(wǎng)瞬變電壓的干擾，如何提高設(shè)備(產(chǎn)品)的抗擾度？有效可靠的措施之一就是噪聲濾波器。在電源線中往往同時(shí)存在共模和差模干擾，一般低于1 MHz頻率的干擾以差模為主，高于1 MHz頻率的干擾以共模為主。

1 噪聲濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

濾波器的電路是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，它具有互易性。把負(fù)載接到濾波器的電源端，或接到負(fù)載端，原則上都是可以的，特別是在電源內(nèi)阻(源阻抗)與負(fù)載電阻(負(fù)載阻抗)相等時(shí)，這種互換性測(cè)得的插入損耗也是相等的。噪聲濾波器是由共模濾波電路和差模濾波電路綜合構(gòu)成。圖1為噪聲濾波器電路基本結(jié)構(gòu)示意圖：L1為共模扼流圈；L2為差模扼流圈；Cx為差模工作電容；Cy為共模工作電容；R為泄放電阻(阻值較高)，在不工作時(shí)由R迅速泄放存儲(chǔ)在Cx中的電量，以免電擊操作人員。

2 噪聲濾波器中的濾波電感

噪聲濾波器中常見(jiàn)的濾波線圈有共模扼流圈、差模扼流圈。主要用于各種電源濾波器，工作在交流或直流條件。工作在直流條件時(shí)，要考慮直流磁化對(duì)電感的影響，由于濾波器電感要涉及軟磁材料，它不像電阻、電容元件那樣只需要正確選擇即可。

2.1 共模扼流圈

共模扼流圈是共模插入損耗中起主導(dǎo)作用的電感元件。共模扼流圈是在一個(gè)磁環(huán)(閉磁路)的上下兩個(gè)半環(huán)上，分別繞制相同匝數(shù)但繞向相反的線圈。此結(jié)構(gòu)對(duì)相線(L)或零線(N)對(duì)地所形成的共模干擾具有電感抑制作用。因?yàn)楣材８蓴_是同相的，所以在磁環(huán)中所形成的磁力線是互相疊加的而對(duì)相線和零線間所形成的差模干擾和工頻供電電流無(wú)電感抑制作用，因此差模干擾和供電電流是反相的。所以在磁環(huán)中所形成的磁力線是相互抵消的，因而命名為共模扼流圈，如圖2所示。共模扼流圈使用中與負(fù)載并聯(lián)，通常兩個(gè)線圈的電感量約為0.3～38 mH。

由于共模電感中的干擾信號(hào)比較弱，在低頻時(shí)，它工作在初始磁導(dǎo)率附近，所以共模電感的推導(dǎo)表達(dá)式為

式中，D為磁環(huán)平均直徑(cm)；A為磁環(huán)截面積cm2；μi為磁環(huán)初始磁導(dǎo)率；N為線圈匝數(shù)。由式(1)可以看出提高電感值的有效途徑有三個(gè)：即提高匝數(shù)N、初始磁導(dǎo)率μi和磁環(huán)截面積A，其中以提高匝數(shù)最有效，因?yàn)樗cN成正比。

2.2 差模扼流圈

在高性能噪聲濾波器，為了提高差模噪聲的抑制性能，往往采取差模扼流圈與Cx電容組成L、T、π等濾波電路。差模扼流圈與共模扼流圈的最大區(qū)別在于差模扼流圈與負(fù)載直接串接，如圖3差模扼流圈結(jié)構(gòu)圖，它采用單個(gè)繞組結(jié)構(gòu)繞制而不像共模扼流圈那樣在一個(gè)磁芯上采用兩個(gè)相同繞組的結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)通過(guò)差模扼流圈的電流過(guò)大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，電感量隨之逐漸下降，為了避免差模磁芯因飽和失去濾波作用，所以磁材的選擇尤為重要。

3 噪聲濾波器中的電容

在圖1噪聲濾波器電路結(jié)構(gòu)中，電容器用了兩種不同的下標(biāo)，“Cx”和“Cy”，下標(biāo)“x”和“y”不僅說(shuō)明了它們?cè)跒V波網(wǎng)絡(luò)中的作用，還表明了它們?cè)跒V波網(wǎng)絡(luò)中安全等級(jí)。

3.1 Cx電容器

Cx電容器是指用于這樣場(chǎng)合的電容器，即當(dāng)該電容器失效后，不會(huì)導(dǎo)致工作人員遭到電擊、不危及人身安全。在實(shí)際應(yīng)用中，Cx電容器接在單相電源線地L和N之間，它上面除加有額定電壓外，還會(huì)疊加上L和N之間存在的各種EMI信號(hào)峰值電壓。例如，因接通或斷開(kāi)電子設(shè)備的電源，會(huì)在其上疊加≤1200 V的峰值電壓。根據(jù)Cx電容器應(yīng)用的最壞情況和電源斷開(kāi)的條件，Cx電容器的安全等級(jí)又分為X1和X2兩類。

3.2 Cy電容器

首先，要對(duì)Cy電容器的電容量進(jìn)行限制，從而達(dá)到控制在規(guī)定頻率電壓作用下，流過(guò)它的電流(即漏電流)的大小。對(duì)于220 V、50 Hz的電源，它除符合250 V峰值電壓的耐壓要求外，還要求這種電容器在電氣和機(jī)械性能方面，具有足夠的安全余量，以避免可能出現(xiàn)的擊穿短路現(xiàn)象。

4 結(jié)論

用文中的方法設(shè)計(jì)出來(lái)的噪聲濾波器對(duì)噪聲有較為明顯的抑制作用，有助于減小開(kāi)關(guān)電源受到的傳導(dǎo)干擾。由于濾波器使用的環(huán)境不同，以及在高頻時(shí)元件產(chǎn)生的寄生效應(yīng)，實(shí)際的使用效果與設(shè)計(jì)結(jié)果不會(huì)完全吻合，特別是接入濾波器的設(shè)備阻抗大小對(duì)使用效果有比較大的影響，所以針對(duì)不同的使用情況，特別是在高頻環(huán)境下，還需要對(duì)濾波器進(jìn)行具體優(yōu)化。使用時(shí)若加裝屏蔽盒，減少外接線，可以使濾波器達(dá)到良好的使用效果。

[1]Accredited Standards Committee On Electromagnetic Compatibility.ANSIC63.13-1991 American National Standard Guide on the Application and Evaluation of EMI Power-Line Filters for Commercial Use[S].USA：IEEE，1991.

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[3]雷新.電源EMI濾波器的設(shè)計(jì)、特性及其選取原則[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2002，(4)：50-54.

[4]張鈞，劉克成.微帶天線理論與工程[M].長(zhǎng)沙：國(guó)防工業(yè)出版社，1988.

[5]鐘順時(shí).微帶天線理論與應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1991.

A Kind of Noise Filter for Restraining EMI of Electric Network

Zhang Xiu-xiu
(Department of Electronic Information and physics Changzhi University，Changzhi Shanxi 046011)

A simple and useful procedure for noise filters is presented.This procedure is based on the analysis of noise and the frequency of SMPS.This procedure needs no complex computing and fits SMPSwith certain frequency well.

filter；noise；EMI

TB535+.2

A

1673-2014(2012)02-0053-03

2011—02—10

張秀秀(1980—)，女，山西長(zhǎng)治人，講師，主要從事電子電路方面的教學(xué)與研究。

(責(zé)任編輯 郝瑞宇)