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浅谈滤波器的应用

发布时间:2015-03-19  〖字号:
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Discussion on the Application of Filters

庞炳钊
(佛山市质量计量监督检测中心    佛山   528000)

摘要:本文主要论述滤波器在电路中的作用以及一些滤波器在应用中所要注意的细节。文中还举了两个例子来进行具体说明。
关键词:滤波器;电感;电容
Abstract:This paper mainly describes the effect of the filters in circuit and the details should be paid attention in the usage of filters. Besides, two examples are listed to explain the specific applications of filters in this paper.
Key words:filter; inductor; capacitor

  滤波器是指减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件,它是一种用来消除干扰杂讯的器件,其功能就是允许某一部分频率的信号顺利通过,而另外一部分频率的信号则受到较大地抑制,它实质上是一个选频网络。
  滤波器可分为有源滤波器和无源滤波器。在我们EMC整改中用得最多的是无源滤波器,一般加在电源或信号的输入端。这样能够减少电子产品对电网的传导骚扰,同时对于从电网过来的干扰信号也起到抑制的作用。
  图1为消除电子、电器产品电源端骚扰电压(传导干扰)的典型抑制电路。
  共模滤波电容CYA,CYB受到漏电流的限制,取值一般在1000-4700pF范围;差模滤波电容C1,C2常在0.1-0.47μF范围取值(对于一些大电流的产品,比如说电磁炉,C1,C2会用到1μF以上)。这里1pF=10-12F,1μF=10-6F=106 pF。pF是一个较小电容容量单位,μF是一个相对较大电容容量单位。电感量的大小是根据电路的电流大小以及电路结构来选择的,通常是在测试过程中不断调试来确定的。要注意的是对于一些电流较大的产品,选用的电感的线径也要相对大一些,以免电感过热而使滤波效果降低或因过流而烧坏电感线圈。
  在实际使用中滤波器还有几种类型(如图2)。
 
  1 某企业2000W电磁炉整改实例
  电磁炉整改电路参考图3(红色虚线框内为整改时所加入的2级滤波电路)。
  原电路板中滤波器参数:L2,L3:0.5mH;C3:2μF;C4:4μF。
  整改时所加滤波器参数:L1:0.1mH;C1,C2:0.22μF。
  此电路EMC滤波用了二级,主要是针对在骚扰电压9kHz-30MHz测试中,除了在低频段有不合格频点外,在高频段(主要是20MHz以上)还有几个频率点骚扰电平超标。L1/C1/C2主要是滤除高频段的干扰成份而增加的。
  电磁炉加热线圈的工作频率多数在18kHz-30kHz。这个频率的基波及其谐波份量通过某种方式传导或耦合到电源线上,就成了对电网的骚扰。骚扰电压测试,在工作频率这一点上多数都是超出标准限值,需要整改。有的机在20多兆接近30MHz处也有超标,但是个别现象,只有工作频率这点超标是共性的。因此解决电磁炉骚扰电压的线路滤波器是因机而异,有的需要二级,但多数只要一级滤波就能解决。要滤除工作频率点的骚扰电压难度较大,主要是流经电源线的电流接近10A,滤波电感的制作有困难,因为磁芯材料选择不当,会形成磁饱和,而且要用线径1.5-2.0mm的导线绕制线圈,电感量做到0.5mH以上都有困难,因此与之相配的安规电容取值较大,要用到4uF/275VAC或4.7uF/275VAC。
  值得注意的是,电磁炉工作的时候,线盘会产生比较大的磁场,这个磁场会影响到电感的特性。所以在布版时尽量使滤波电感远离线盘,如果由于空间太小不得已让滤波电感太过靠近线盘,那只能使用一些减少线盘磁场干扰的办法:在线盘下加一些磁铁进行消磁,或者直接在滤波电感上加屏蔽层,以减轻线盘产生的磁场对电感的影响。

  2 电子镇流器整改实例
  40W电子镇流器MC1036的整改见图4。
  整改成功的要点有三点:
  1)加大共模电感L1的取值,取值从50mH加大到100mH;L2取值8mH未变;
  2)将两只Y电容的中点与金属外壳相连接。这样既消除了共模骚扰,又解决了线路板放不放进金属外壳测试结果完全不一样的矛盾;
  3)适当加大C5的容量对抑制骚扰电压有好处,但C5太大了谐波电流测试会不合格,改变C5大小,对抑制骚扰电压和谐波电流之间有矛盾。经试验,当C5取值在0.082μF以下谐波电流测试才能合格。
  按图4参数取值以后, 骚扰电压和谐波测试都能合格。测试时,接收机的地线与被测产品(EUT)的金属外壳应相连。
  这里要注意的一个问题是,原线路板在放进跟不放进金属外壳时测试结果是不一样的。放进金属外壳时测试结果较差,原因是电子镇流器工作频率较高,在有金属外壳时,印制板与外壳之间存在的分布电容影响到电路的正常工作,使得骚扰电压测试不合格。在火线和零线上分别用一个Y电容接到金属外壳上可以抑制共模干扰,减轻分布电容所带来的负面影响。

  3 结论
  现在大多数产品设计人员进行电路设计的时候都把滤波器的问题考虑进去,但却忽略了一些细节上的问题,比如分布电容的影响,滤波器的位置和走线是否合理等,以至于在后续的调试中花费大量的时间,也增加了产品的研发成本。所以滤波器是EMC整改中需要考虑的一个重要环节,选什么类型的滤波器,元器件参数的大小,一般都需要多次测试才能最终确定。

参考文献

[1] 全国无线电干扰标准化技术委员会 编著.电磁兼容标准实施指南[M].北京:中国标准出版社,1999.
[2]李舜阳 编著.电磁兼容设计与测量技术[M].北京:中国标准出版社,2009.
 

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