提高濾波器的高頻插入損耗對于保證設備的電磁兼容性十分重要,特別是對于軍用設備。電源線濾波器的高頻插入損耗特性對于保證其通過軍品RE102試驗具有重要的意義。
首先,電源線濾波器應該被屏蔽起來,沒有屏蔽的濾波器可能會導致設備輻射發射超標。這是因為,機箱內部的干擾會直接感應到濾波電路中,使濾波器失去應有的效果。
比如某臺設備進行傳導發射試驗時,發現有超標現象,經過診斷確定為共模電流發射超標。于是在機箱外部的電源線上串聯了一個共模扼流圈。再次測試,通過標準要求。但是在正式產品中將這個共模扼流圈放置在機箱內部時,設備又不能通過測試要求了。
這是因為共模扼流圈在機箱外,由于機箱的屏蔽隔離作用,它起到了阻止共模電流的作用。但當他被放置在機箱內部時,機箱內的干擾可以直接耦合到它的前端,甚至直接耦合到它的上面,就達不到效果了。
如果電源線濾波器有了屏蔽盒,就避免了外部干擾直接耦合進濾波電路,這時關注點要放在提高濾波本身的性能上。改善濾波器的高頻特性主要從以下幾個方面考慮:
(1)設計高頻特性較好的電感,必要時可以用幾個電感串聯起來使用。
(2)使用高頻特性較好的電容,連接電容時,注意控制電容的引線長度;必要時使用穿心電容作為共模濾波電容。
(3)采用多級濾波電路
(4)內部采用隔離結構,消除濾波器輸入、輸出之間的耦合。
(5)濾波器采用面板安裝式的結構,消除濾波器輸入、輸出之間的耦合。
導致濾波器高頻特性降低的一個主要原因是電路內部寄生參數造成電路前后之間的耦合。為了克服這個問題,濾波器內器件的布局十分重要,要避免濾波器的輸入端和輸出端之間的耦合問題。實際安裝時,濾波電路中的器件要按照器件在電路中的順序擺放,如果前后交叉會導致高頻濾波性能嚴重降低。
另外,器件之間的距離對于濾波器的高頻特性也有明顯的影響,前后級的器件靠得越近,濾波器的高頻性能越差。因此,在空間允許的條件下,電路前后的電感與電容之間應保持一定的距離,必要時可設計一個隔離板,減小空間耦合,隔離板要與濾波器的金屬外殼在若干點上連接起來。如果使用穿心電容作為共模濾波電容,由于穿心電容安裝在隔離板上,自然提供了良好的空間隔離。
在實際應用中,設計工程師為了節省空間,將濾波電路直接安裝在線路板上,但是結果往往達不到預期的效果,不能順利通過測試。導致這個結果的原因如下:
(1)濾波器安裝在線路板上時,空間的一些干擾會直接耦合進濾波電路以及濾波器的輸出,特別是當濾波器電路的布線不當而形成較大的接收環路面積時,空間干擾會在濾波器中形成頻率較高的差模電流,大部分濾波器對這種頻率較高的差模電流抑制能力很差。
另外,有磁芯的電感往往也是磁場的易感器件,外界磁場容易進入到電感中。以上這些因素導致濾波器的輸出中有較多的高頻成分。
(2)大部分的線路板PCB設計工程師不了解電源線濾波器的原理,不能進行最佳布線。常見的錯誤是共模濾波電容的接地引線過長,甚至不將共模濾波電容的地線連接到設備外殼上。
因此,將濾波器安裝在線路板上,要獲得良好的濾波效果并不是一件容易的事情,要妥善處理好上述問題才行。
比較簡單的方法就是選擇帶金屬殼的濾波器成品,在安裝的位置,將其外殼直接連接到設備的機箱底板上。
1)濾波器的安裝方式
2)成品濾波器選擇的誤區
電源線濾波電路雖然簡單,但是要設計具有預期效果的濾波器并不容易。因此,大部分場合選用成品濾波器比較簡單。一方面成品濾波器都封裝在金屬外殼內,可以避免空間干擾直接耦合的問題。另一方面成品濾波器都是經過精心設計和組裝的,濾波器效果比較理想。下面再分析一些在濾波器選擇中常見的誤區。
誤區一:濾波器的級數越多,干擾濾波得越干凈
濾波器的級數越多,過渡帶也越短,高頻的插入損耗越大,而低頻段的插入損耗不見得滿足要求。如果干擾的頻率低于這個濾波器的截止頻率,則級數再多也不管用。
誤區二:濾波器中的電感或電容值越大,干擾濾除得越干凈
電感或電容的數值越大,只表明這個濾波器的截止頻率更低,對頻率較低的干擾更有效,而不能說明高頻的濾波效果好。實際應用中,由于電感量越大,電感的高頻特性往往越差,因此一個具有較大電感量的濾波器,往往高頻的濾波效果較差。
誤區三:濾波器的體積越小越好
濾波器的體積小意味著這個濾波器中采用的電感、電容的體積都比較小,并且安裝得比較緊湊。電感、電容的體積小一般是以減小電感量、電容量為代價的,因此犧牲的低頻濾波性能;器件安裝得很緊湊,增加了空間耦合,犧牲的是高頻濾波性能。因此,體積很小的濾波器往往濾波性能欠佳。
誤區四:用交流濾波器可以替代直流濾波器,用在直流供電線上
從安全上講是沒有問題的,但代價是更高的成本、較低的濾波性能、更大的安裝空間。交流濾波器由于受到安全規范的限制-耐壓、漏電流、絕緣等方面,所使用的器件體積較大、共模濾波電容取值較小,因此,同樣的額定工作電流條件下,交流濾波器的性能差得多,體積大得多,價格也高得多。
誤區五:只要濾波器的電路相同,他們的性能就相同
濾波器的電路結構和參數只是決定了濾波器在較低頻率-1MHz以下的特性,而濾波器的高頻特性與電感的構造-磁芯及繞制方法等、電容的種類-普通電容、三端電容、穿心電容等、電路的安裝方式等因素密切相關。高頻特性對設備的輻射發射影響更大。
產品問題的發生也是跟我們產品設計可靠性相關聯的
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