反射式、吸收式滤波器及电源线滤波器课件.pptx

1、3.3 反射式滤波器u工作原理：在电磁信号传输路径上形成很大的特性阻抗不连续性，使大部分电磁能量反射回信号源处。u组成：电抗元件（如电感L和电容C）组成的无源网络。u滤波器阶数与过渡带的关系下 页上 页3.3.1 低通滤波器u用于抑制高频传导电磁干扰，如电源滤波器。1.常见形式并联电容型；串联电感型；型；反型；T型；型等RCURURRLUCRLRCURL等RCRL等URL等CRLURC下 页上 页2.插入损耗LinLin can be calculated if every parameter is clear,otherwise it only can be measured!源阻抗或负载阻

2、抗的改变会使滤波器插入损耗发生改变！VSZSZTV0STSTVZZZV0SLTSTTVZZZZVZLVSZSZTVTTSLTZZZVVA1020 lg 1()LinSTZLdBZZExample:下 页上 页u并联电容滤波器ZcVSZSZTVT210lg1(2)inLCR最简单的低通EMI滤波器，通常连接于携带干扰的导线与回路地线之间；用于旁路高频能量，流通期望的低频能量或者信号电流。C型滤波器插入损耗：Example2：Typical Insertion loss of low pass filter 下 页上 页u串联电感滤波器串联电感型滤波器插入损耗：210lg 1(2)inLLRZLV

3、SZSZTVT低通EMI滤波器的另一种简单形式下 页上 页u型滤波器当型滤波器的原阻抗不等于负载阻抗时将获得最大插入损耗。电容器并联时阻抗更高。型滤波器插入损耗：222110lg(2)(/)4inLLCCRL RZLVSZSZTVTZCZLZLVSZSZTVTZCZL下 页上 页u型滤波器优点：制造容易、宽带、插入损耗高、空间需要适中。型滤波器插入损耗：3222210lg(1)()22inLLC RLLCCRRZLVSZSZTVTZCZLZC下 页上 页T型滤波器插入损耗：3222210lg(1)()22inLL CCRLLCRRZLVTZLVSZSuT型滤波器优点：能有效地抑制瞬态骚扰缺点：

4、需要两个电感器下 页上 页(1)网络结构 将低通滤波器网络中所有电容器与电感器互换Ug等LRRUgCRR低通高通210lg(1)inLk2hRkL12hkC R设计方法：对偶变换用于抑制信号通路上的交流电流分量或抑制某个特定的低频外来信号。3.3.2 高通滤波器RUgCRRUgLR下 页上 页(3)将高通原型滤波器电路中各L、C 和 R 值按低通滤波器相同 的方式进行参数变换:(2)将低通原型滤波器电路中各 L 值和 C 值取其倒数作为高通 原型滤波器对应的C 值和 L 值11F2lhlLCL11H2lhlCLCUg11210lg(1),1(2)inLkkf2bacCCf ZabRZR2bac

5、ZLLfUg11ClLhLlCh下 页上 页带通滤波器UgR RLp1Cs1Cp1Lp2Cs2Cp2Ls1Ls2UgR RLp1Cp1Cp2Lp2Cs1Ls1Cs2Ls2带阻滤波器3.3.3 带通和带阻滤波器下 页上 页3.3.4 滤波器的选择C is betterZL,Zs is high 低低L高高C低高CL高低CLZL,Zs is Low L is better干扰频率、干扰量级、（源、负载阻抗的组合关系）规律：电容并联对高阻，电感串联对低阻。下 页上 页 ZL is highZL is lowZs is high Zs is low 滤波器的应用选择 typesource loadso

6、urce load circuitT typesource load typesource load C type L type下 页上 页3.3.5 有源滤波器u方法：采用电路技术模拟电感和电容特性。u特点：功率大，体积小，重量轻 三种类型：有源电感滤波器：用有源器件模拟电感元件的频率特性，对干扰信号形成高阻抗电路。有源电容滤波器：用有源器件模拟电容元件的频率特性，对干扰信号形成低阻抗电路。对消滤波器：产生干扰电流振幅相等、相位相反的反馈电 流，抵制干扰。下 页上 页吸收型滤波器：由有耗元件构成，将信号中不需要的频率 分量的能量消耗在滤波器中。1.有损耗滤波器 原理：选用具有高损耗系数或高损

7、耗角正切的电介质，把 高频的电磁能量转化为热量。材料：铁氧体材料或其他的损耗材料。3.4 吸收式滤波器 特点：滤波器的截止频率与铁氧体的长度成反比。性能：50欧姆测试系统里，具有高损耗系数的电解质的截 止频率大于10MHz。下 页上 页2.电缆滤波器 特点：体积小；具有理想的高频衰减特性。较短一段就可获得预期滤波效果。芯线铁氧体绝缘层绝缘外套屏蔽层 将铁氧体材料填充在电缆中制成电缆滤波器。下 页上 页 将反射式滤波器与吸收式滤波器串接起来，既有陡峭的频率特性，又有很高的阻带衰减，可以更好地抑制高频干扰。测量极限fLin030-60低通滤波器的损耗特性 测量极限fLin030-60接入吸收线后的

8、低通滤波器的损耗特性3.组合滤波器下 页上 页1.铁氧体的阻抗特性u铁氧体对电磁干扰的抑制Ferrite popeL 低频：呈现电感性阻抗。磁导率高，损耗小。高频：阻抗呈现电阻性。随频率增加，磁导率下降，电感 减小，但损耗增加。高频信号通过铁氧体时，电磁 能量以热的形式耗散。下 页上 页3.铁氧体抑制电磁干扰的应用 铁氧体抑制元件在PCB上的应用 铁氧体抑制元件在电源线上的应用 铁氧体抑制元件在信号线上的应用 铁氧体磁环的应用 作为屏蔽体将导体、或电路与环境中的散射电磁场隔开2.抑制无用信号的方式 作为电感器构成低通滤波器（高频时则损耗较大）直接应用于元器件的引线或线路板级电路上下 页上 页Z

9、GZWZFUoZLUi 用于导线对的共模磁环铁氧体所呈现的阻抗越大，其对共模干扰的抑制作用就越强。下 页上 页4.铁氧体抑制元件的选择与安装 材料的选择 与磁导率有关：材料磁导率越高，适宜抑制的频率越低。尺寸的选择 基本原则：在使用空间允许的条件下，选择尽量长、尽量 厚、内径尽量小（体积大）的材料下 页上 页 元件的安装 尽量安装在接近干扰源的地方；I/O电路中：尽量安装在接近屏蔽壳的进出口处；与电容式滤波连接器一起使用效果更好；无偏置有偏置 偏置电流的影响 穿过铁氧体磁环的导体上有电流时会使其阻抗减小300个30个0.1 1 10 100 1000下 页上 页外套安装：将铁氧体直接组装到电缆

10、连接器内。作用：可以把一个没有滤波功能的连接器迅速升级成为 一个滤波连接器。u滤波连接器下 页上 页u克服电容非理想性的方法带宽干扰信号，以上。:kHz GHzfRUgR大电容Z小电容电容并联LC并联电感并联 问题：在大小电容的谐振频率点间，大电容呈电感性，小电容呈电容性，构成LC并联网络。在某个频率点上出现并联谐振。并联电容下 页上 页问题：引线间电容耦合，另一引线的电感（300MHz 以下）RUgR三端电容Z普通电容 三端电容器的原理地线电感起着不良作用引线电感与电容一起构成了T形低通滤波器在引线上安装两个磁珠滤波效果更好 三端电容的正确使用下 页上 页u穿心电容滤波金属板隔离输入输出端一

11、周接地电感很小特点：接地电感小；输入输出无耦合；用于高频滤波。穿心电容的插入损耗下 页上 页以穿心电容为基础的馈通滤波器广泛应用于RF滤波 穿心电容、馈通滤波器下 页上 页 线路板上使用馈通滤波器线路板地线面上面底面下 页上 页3.5 电源线滤波器 作用：限制进入设备的传导干扰电平，又限制设备向电 网发射传导干扰。电源线中的干扰：共模干扰和差模干扰差模干扰电子设备相线地线中线共模干扰下 页上 页 差模滤波电容电子设备相线地线中线电子设备相线地线中线u电源线滤波器的网络结构电子设备相线地线中线 电源线EMI滤波器基本电路图 共模滤波电容 共模电感线圈下 页上 页理想滤波器特性实际滤波器特性一般产

12、品说明书上给出的数据是50条件下的测试结果插入损耗频率30MHz越来越受到关注u电源线滤波器的特性下 页上 页u电源线滤波器的选择 插入损耗 分为共模插入损耗及差模插入损耗（越大越好）高频特性 避免设备的辐射发射超标及敏感度试验失败 额定工作电流 关系到滤波器的发热问题及滤波器电感的特性 滤波器体积 体积越小越好下 页上 页 位置:电源线滤波器应安装在离设备电源入 口尽量靠近的地方 引线尽可能短 输入端与输出端屏蔽隔离 良好的屏蔽接地 u电源线滤波器的安装下 页上 页PCB滤波器滤波器PCBPCB滤波器绝缘层PCB滤波器下 页上 页uEMI滤波器插入损耗的测量下 页上 页习 题共模和差模干扰电

13、流在信号线及信号地线构成的回路之间流动。在电缆与大地之间形成的回路中流动，干扰电流在电缆中的所有导线上幅度/相位相同。下 页上 页VICMICMVICMIDM共模/差模干扰的产生电网中电感性开关的通断，会产生差模的脉冲干扰；空间的电磁波在电缆上感应出共模干扰；两台设备之间的地线电位导致共模电流；插入损耗的定义Signal generator Load circuitU2Signal generator EMI filter Load circuitEMI filterU3P3U320406080100 5阶 4阶 3阶 2阶 1阶20N/十倍频程6N/倍频程插入损耗dB fc 10fc 100

14、fc 1000fc 滤波器阶数（L、C器件数）与过渡带的关系下 页上 页4 6=24 20至少4阶滤波器1 20=201阶滤波器即可为保险起见可用2阶 10 100欲衰减20dBL、C的数值决定截止频率阶数决定过渡带的陡度50 100欲衰减20dB滤波器阶数的确定并联电容滤波器的插入损耗引线长1.6mm的陶瓷电容器电容量电容量谐振频率谐振频率(MHz)F1.7F12.6pF19.3pF33pF601/LC当时发生串联谐振，这时电容阻抗最小，滤波效果最好u提高谐振频率的方法：尽量缩短引线长度；选用引线电感较小的种类。u对滤波特性的影响：插入损耗db 实际电容理想电容下 页上 页u可用于电磁兼容的

15、电容器l镀金属纸介质电容器 物理尺寸小，射频旁路能力差l电解电容器 体积小，容量大（11000 F），工作频率低l陶瓷电容器 容量小（5pF1F），工作频率高l穿芯电容器 高频性能好，电感值小2222()/(1)RLLC谐振点：1LC电感的频率特性绕在铁粉芯上的电感理想电感1/LCZ阻抗频率特性曲线电感量电感量(H)谐振频率谐振频率(MHz)3.4458.828685.71252.65001.2u阻抗频率特性低频模型LRCL高频模型222()()LCLCX XZRXX实际电感下 页上 页关键减小寄生电容单层绕制多层绕制方法：边绕边重叠分段绕制多电感串联u克服电感线圈非理想性的方法u无源滤波器的

16、端口网络特性11121221212222UA UA IIA UA I其中端口网络：211120IUAU212120IIAUZL滤波网络UgZgU1I1I2U2滤波器的输入阻抗211220UUAI 212220UIAI 终端开路电压反射系数11121221211112122222221LinLUA UA IAA ZZIA UA IAA Z12222221121gingAA ZUZIAA Z输入阻抗：终端短路耦合阻抗终端开路耦合导纳终端短路电流反射系数下 页上 页 C型：RUgRU1I1I2U2C121112221inAA RZAA R1in2in1RZZj CR()gLZZR2111021IUA

17、U211210221/()IUIj CAj CUU2112020UUAI 2122021UIAI 并联电容：低阻抗下 页上 页 L型：RUgRU1I1I2U2L等121112221inAA RZAA R2111021IUAU2121020IIAU211202UUAj LI 2122021UIAI 1in2inZZj LR串联电感：高阻抗下 页上 页 型：11121,AAj L22122,1Aj CALC 121inj LRZLCj CR22(1)1inj LLC RZj CR121112221inAA RZAA RCRUgRU1I1I2U2L等低阻抗122221121inAA RZAA R高阻

18、抗下 页上 页 反型：2111111/()LCCLCUZALCZ UZZZ 12AjL1211/()1/()LCCLCCUZZAj CZ UZZZ221ARUgRU1I1I2U2CL等221inj LRZLCj CR21(1)1inj LLC RZj CRR(f)Z=jL+R RZL1MHz 10MHz 100MHz 1000MHz 铁氧体的阻抗特性磁导率磁导率最佳频率范围最佳频率范围125200MHz85030MHz200MHz250010MHz30MHz500010MHz常用的几种抑制铁氧体材料的适用频率范围三端电容的正确使用接地点要求：1 干净地2 与机箱或其它较大 的金属件射频搭接插入损耗（dB）频率1GHz普通电容理想电容穿心电容穿心电容的插入损耗共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销，因此磁芯不会饱和。有意增加漏磁利用差模电感共模电感线圈（共模扼流圈）