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怎樣選擇合適高頻濾波器?

發布日期:2019-04-01

濾波器的原理


簡單來說,濾波器的原理就是過濾掉不想要的信號電流,放行想要保留的信號電流。


高頻濾波器,也叫低通濾波器,是指需要過濾掉的干擾信號的頻率高于想要保留的信號電流的頻率。之所以也叫低通濾波器,言下之意是說,允許低頻率的信號電流通過。


不同結構的濾波電路主要有兩點不同:


1.電路中的濾波器件越多,則濾波器阻帶的衰減越大,濾波器通帶與阻帶之間的過渡帶越短。


2.不同結構的濾波電路適合于不同的源阻抗和負載阻抗,它們的關系應遵循阻抗失配原則。


但要注意的是,實際電路的阻抗很難估算,特別是在高頻時(電磁干擾問題往往發生在高頻),由于電路寄生參數的影響,電路的阻抗變化很大,而且電路的阻抗往往還與電路的工作狀態有關,再加上電路阻抗在不同的頻率上也不一樣。


因此,在實際中,哪一種濾波器有效主要靠試驗的結果確定。


濾波器的使用場景


為了提高電源的品質、電路的線性、減少各種雜波和非線性失真干擾和諧波干擾等均使用濾波器。


濾波器的工作機理,分為以下幾種:


濾波器是由電感和電容組成的低通濾波電路所構成,它允許有用信號的電流通過,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,因此濾波器要對這兩種干擾都具有衰減作用。


其基本工作機理有三種:


A)利用電容通高頻隔低頻的特性,將火線、零線高頻干擾電流導入地線(共模),或將火線高頻干擾電流導入零線(差模);


B)利用電感線圈的阻抗特性,將高頻干擾電流反射回干擾源;


C)利用干擾抑制鐵氧體可將一定頻段的干擾信號吸收轉化為熱量的特性,針對某干擾信號的頻段選擇合適的干擾抑制鐵氧體磁環、磁珠直接套在需要濾波的電纜上即可


電源線濾波器的高頻特性差的主要原因有兩個,一個是內部寄生參數造成的空間耦合,另一個是濾波器件的不理想性。因此,改善高頻特性的方法也是從這兩個方面著手。


內部結構:濾波器的連線要按照電路結構向一個方向布置,在空間允許的條件下,電感與電容之間保持一定的距離,必要時,可設置一些隔離板,減小空間耦合。


電感:按照前面所介紹的方法控制電感的寄生電容。必要時,使用多個電感串聯的方式。


差模濾波電容:電容的引線要盡量短。要理解這個要求的含義:電容與需要濾波的導線(火線和零線)之間的連線盡量短。如果濾波器安裝在線路板上,線路板上的走線也會等效成電容的引線。這時,要注意保證時機的電容引線最短。


共模電容:電容的引線要盡量短。對這個要求的理解和注意事項同差模電容相同。但是,濾波器的共模高頻濾波特性主要靠共模電容保證,并且共模干擾的頻率一般較高,因此共模濾波電容的高頻特性更加重要。使用三端電容可以明顯改善高頻濾波效果。但是要注意三端電容的正確使用方法。即,要使接地線盡量短,而其它兩根線的長短對效果幾乎沒有影響。必要時可以使用穿心電容,這時,濾波器本身的性能可以維持到1GHz以上。當設備的輻射發射在某個頻率上不滿足標準的要求時,不要忘記檢查電源線在這個頻率上的共模傳導發射,輻射發射很可能是由這個共模發射電流引起的。


濾波器的選擇


根據干擾源的特性、頻率范圍、電壓和阻抗等參數及負載特性的要求,適當選擇濾波器,一般考慮:


其一,要求電磁干擾濾波器在相應工作頻段范圍內,能滿足負載要求的衰減特性,若一種濾波器衰減量不能滿足要求時,則可采用多級聯,可以獲得比單級更高的衰減,不同的濾波器級聯,可以獲得在寬頻帶內良好衰減特性。


其二,要滿足負載電路工作頻率和需抑制頻率的要求,如果要抑制的頻率和有用信號頻率非常接近時,則需要頻率特性非常陡峭的濾波器,才能滿足把抑制的干擾頻率濾掉,只允許通過有用頻率信號的要求。


其三,在所要求的頻率上,濾波器的阻抗必須與它連接干擾源阻抗和負載阻抗相失配,如果負載是高阻抗,則濾波器的輸出阻抗應為低阻;如果電源或干擾源阻抗是低阻抗,則濾波器的輸入阻抗應為高阻;如果電源阻抗或干擾源阻抗是未知的或者是在一個很大的范圍內變化,很難得到穩定的濾波特性,為了獲得濾波器具有良好的比較穩定的濾波特性,可以在濾波器輸入和輸出端,同時并接一個固定電阻。


其四,濾波器必須具有一定耐壓能力,要根據電源和干擾源的額定電壓來選擇濾波器,使它具有足夠高的額定電壓,以保證在所有預期工作的條件下都能可靠地工作,能夠經受輸入瞬時高壓的沖擊。


其五,濾波器允許通過應與電路中連續運行的額定電流一致。額定電流高了,會加大濾波器的體積和重量;額定電流低了,又會降低濾波器的可靠性,其六,濾波器應具有足夠的機械強度,結構簡單、重量輕、體積小、安裝方便、安全可靠。


北京愛科創業電子技術有限公司是一家專業從事 EMI 電源濾波器及 EMC 相關產品設計制造和 EMC 技術服務的高新技術公司。作為專業的濾波器生產廠家,公司創始團隊皆為電磁專業博士。我們很樂意為您提供電磁領域、濾波器產品方面的咨詢與交流。

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