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低頻來自兩部分:差模和共模濾波。
差模濾波試圖降低電流返回線路的電源線上的雜訊。
這意味著電源線上的雜訊存在於外殼和返回線上。 因此,濾波的目的是在其離開外殼之前將其分流至迴路,以確保其返回而無法被測量。 在電源線上設定一個電感,阻止其出去,並在電源和迴線之間提供一個電容,以提供一個有雜訊的低阻抗通道。 通常,LISN(線路阻抗穩定網路)用於商業測試。被測電源透過電感和電容連接到LISN,提供50 Ω源阻抗。
有時噪音可能很小以至於不需要電感。電容和50Ω電阻形成一個分壓路徑,足以轉移大部分雜訊。 為了使該電路正常工作,必須限制電容器的 ESR。 嘗試多層電容器和金屬化塑膠電容器。
選擇數值
差模濾波電路如下圖所示:
它由二階LC電路組成。 根據測量,我們知道濾波前的雜訊頻譜,同時知道要設計的二階濾波器對雜訊的衰減為40 dB/Dec。 這是決定過濾器轉折點的起點。
首先,找出最低頻率的差模分量。 例如,20kHz 時為 100dB。 那麼星形頻率就是100kHz/10=30kHz(因為兩個極點的平方根)。
現在在雜訊 (30kHz) 的頂部畫一條斜率為 40dB/Dec 的直線 如果沒有其他峰值點,濾波器的共振頻率為30kHz。 選擇 LC 參數。 LC參數選擇較多,電感的價格比電容貴,選擇時應權衡價格和損耗。
共模濾波
共模濾波器比差模濾波器更容易設計,因為可供選擇的類型很少。
共模濾波器:共模電容(商業上稱為Y電容; X為差模電容)+共模扼流圈。
如下圖所示:
共模電容將線路分流至地,而共模扼流圈則提供平衡阻抗-即為源線和返迴線提供相同的阻抗,為共模雜訊提供一條高阻抗路徑。對於差模電感,它為零。
數值選擇
與共模差模選擇元件相反,這裡的電容器比電感器更昂貴。原因有二:
1.電容器接地,必須能夠承受瞬時3kV甚至6kV電壓,因此體積非常龐大。流過的電流值也有嚴格的安全限制,這限制了共模電容器可以應用的最大值,通常為幾個納法。
所以,您選擇最大允許電容,並應用先前確定的相同技術。 LC,用同樣的步驟來決定電感值。如果您計算出較大的共模扼流圈值,請不要驚慌。共模扼流圈的兩個線圈流過相同的電流,但似乎沒有淨電流。多匝無飽和。
2.計算所需電感時,並聯兩個共模電容(值增加一倍),並串聯兩個共模扼流線圈。
因此,獲得2倍匝數和4倍電感。 這為您提供了額外 8 倍的噪音抑制。電容為9.4nF,電感為4mH,截止頻率為26kHz。
電容和限制
電容存在相應的頻率限制,限制了其在EMI濾波中的應用。 電解電容具有相當大的ESR,這意味著在RC頻率以上它被視為電阻性的並且不再是極點。
例如,電容 = 100 µ f ESR = 100 mω,在 16kHz 頻率下變成電阻。 它不再用於 EMI 控制。
實際上,陶瓷或塑膠電容器經常用於EMI 濾波。
由於引線電感,它們也受到限制。
1μF電容僅在1MHz以下有效。
1MHz以上,用10nF電容可達100MHz。
為了抑制噪聲,可以並聯使用1μF、100nF和10nF。
電感也有限制(其線圈電阻雖然對功率損耗不利,但對雜訊抑制沒有明顯影響)。
最重要的限制是分佈電容,它可以與電感器並聯。 在一定頻率以上,容抗低於感抗,而在該頻率以上,電感不再阻擋雜訊。
例:假設 1mH 的電容為 100pF。 然後它的感性阻抗在大約 500kHz 以上停止增加,並且實際上減少。 當然,電感越小,分佈電容越小,截止頻率越高。
可以串聯兩個電感器來代替一個大電感器,因為串聯兩個電感器可以增加電感,串聯兩個電容器可以減少電容,但實際上從未這樣做過。壓敏電阻具有電容。許多設計人員需要壓敏電阻來吸收電網的瞬態電壓。壓敏電阻電容小,可以作為濾波的一部分,有意想不到的收穫。注意:在源極和返回線到接地之間添加壓敏電阻。壓敏電阻也有漏電流,因此Y電容要相應減小。
一個磁芯兩個電感:共模和差模電感,節省成本和體積。但設計時要注意:共模扼流圈,例如一側繞47匝,另一側源極線多繞一匝。這種電感仍然是共模扼流圈,但現在出現了串聯電感,其電感量為(48 2 -47 2 )AL,比在這樣的磁芯上繞一匝要大得多。 但磁芯內的複合磁場不為零,因此應檢查磁芯在最大電流時不應飽和。
可以提供100dB的衰減嗎?
低頻濾波器只使用二極點濾波器,所以不需要再增加一個電容、一個電感、或增加一個電感和電容來進行高階濾波器,因為這樣的濾波器設計起來比較困難;
對於商業設計,高階濾波需要另一個電感器,這意味著生產很困難。 除特殊情況外,不需要這樣的過濾器。四極衰減很快,如果需要六極可能會更差。如果計算出一個電感在低頻區需要衰減60~80dB,最好回去研究一下電路佈線。
可能的方法:增加開關頻率以降低濾波需求。 元件存在性能限制,實際PCB佈局中過孔之間存在漏電和交叉幹擾。在底線和頂線之間,可以獲得100dB的衰減。也可以購買商用濾波器,因為它本身的衰減更大。因為各大商用設備都專注於避免電路佈局的交叉幹擾,並將濾波器密封在金屬外殼中。當然,你也可以自己做,但成本較高。
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