电磁兼容-滤波课件

第6章 滤波技术滤波器的特性与分类低通滤波器高通滤波器?有源滤波器电容、电感的高频特性反射式和吸收式混合使用电源滤波器吸收型滤波器滤波器的选用与安装?滤波器作用：抑制传导干扰?工作原理在一定的通频带内，滤波器的衰减很小，能量容易地通过。在此通频带之外则衰减很大，抑制了能量的传输。滤波器作用：抑制传导干扰信号滤波器电源滤波器(1)插入损耗（IL）滤波器的特性与分类衡量滤波器性能的主要指标。定义：1.特性：1220lg(dB)UILU?U1 未接入滤波器，信号源在负载上建立的电压；U2 接入滤波器，信号源在负载上建立的电压。?IL与信号源频率、源阻抗、负载阻抗等因素有关。插入损耗，频率特性，阻抗特性，额定电流；外形尺寸，工作环境，可靠性等。?(2)频率特性插入损耗随频率的变化频率特性通带：信号无衰减通过滤波器的频率范围阻带：受到很大衰减的频率范围按频率划分：低通、高通、带通、带阻四种类型。频率特性参数：中心频率、截止频率、最低使用频率、最高使用频率等。衰减f低通衰减f高通衰减f带通衰减带阻f2.分类分类?反射式吸收式按原理：?信号选择滤波器EMI 滤波器按用途：?有源无源（LC）按工作条件：(3)阻抗特性：滤波器的输入阻抗、输出阻抗(4)额定电压：输入滤波器的最高允许电压值(5)额定电流:不降低滤波器插入损耗效能的最大使用电流按频率?宽带窄带3.EMI滤波器的特点 工作在阻抗失配的条件下；（干扰源的频率阻抗特性变化范围很宽）可能出现饱和效应；（干扰源的电平变化幅度大）高频特性非常复杂,对寄生参数要严格控制；（干扰源的频带范围佷宽）应具有较高的可靠性；（干扰源工作频率范围宽，具有较大的脉冲电流、电压）低通低通滤滤波器波器?用于抑制高频传导电磁干扰，如电源滤波器。1.常见形式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?无源滤波器的端口网络特性11121221212222UA UA IIA UA I?其中端口网络：211120IUAU?212120IIAU?ZL滤波网络UgZgU1I1I2U22.插入损耗211220UUAI?212220UIAI?终端开路电压反射系数111212 212111121222 22221LinLUA UA IAA ZZIA UA IAA Z?12222221121gingAA 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1112122112122/LUA UA IA UA UZ?ZL滤波网络UgZgU1I1I2U21112212220220lg20lgLgLggLA ZAA Z ZA ZUILUZZ?111121inLgLginZZUA ZAZZ?无滤波器网络时20LggLZUUZZ?故插入损耗?无源滤波器的插入损耗111ingginZUUZZ?211112LLZUUA ZA?21112212220lg2A RAA RA RILR?电容型：1in2in1RZZjCR?121112221inAA RZAA R?210lg 1(2)ILCR?()gLZZR?2111021IUAU?211210221/()IUIj CAj CUU?2112020UUAI?2122021UIAI?RUgRU1I1I2U2C?电感型：1in2inZZjLR?210lg 1(2)ILLR?21112212220lg2A RAA RA RILR?121112221inAA RZAA R?2111021IUAU?2121020IIAU?211202UUAjLI?2122021UIAI?RUgRU1I1I2U2L等等?型：型：11121,AAjL?22122,1Aj CALC?2120lg1(1)2ILjL Rj CRLC?222110lg(2)(/)4LCCRL R?121injLRZLCj CR?22(1)1injLLC RZjCR?21112212220lg2A RAA RA RILR?121112221inAA RZAA R?CRUgRU1I1I2U2L等等?反型：2111111/()CLLCCLCCZZUZALCZ UZZZZ?12,AjL?1211/()1/()LCCLCCUZZAj CZ UZZZ?221A?IL 同型。221inj LRZLCj CR?21(1)1inj LLC RZj CR?21112212220lg2A RAA RA RILR?121112221inAA RZAA R?RUgRU1I1I2U2CL等等插入损耗：210lg1(2)ILCR?型：电感型：T型：电容型：222110lg(2)(/)4ILLCCRL R?210lg 1(2)ILLR?3222210lg(1)()22LL CCRILLCRR?型：3222210lg(1)()22LLC RILLCCRR?3.低通滤波器的设计210lg(1)k?3dB截止点：1k?1c?1,R?RUgRCR=1C=2F(1)低通原型滤波器210lg1(2)ILCR?2kCR?其中截止角频率：对应于3dB截止点的角频率c?原型滤波器：2FC?3dB截止点通带阻带010203040IL(dB)0.1 1 10 100(rad/s)?2HL?电感型原型滤波器?210lg 1(2)ILLR?1c?1R?1k?(2)kLR?型：222110lg(2)(/)4ILLCCRL R?2222110lg 1()4()4LCLCCRL R?1c?1R?1k?221()4()14LCLCCL?2LC?带宽换算aC换算后bC换算前（2）由原型滤波器设计实际滤波器带宽换算阻抗换算宽带与阻抗综合换算12baccC ffkfCff?1Ug1Ca12cccf?电容型：cff?bL换算前电感型：aL换算后210lg1(2)aILC?(2)abcCCf?令(2)abcLLf?阻抗换算令/abCCZ?abRZR?abLZL?210 lg(1)ILk?电感型：2aabbkf RCfRCf?/2aabbkfLRfR Cf?(1)RR Z?(1)bR?RaUgCaRa电容型：宽带与阻抗综合换算/(2)aabcCCZCf Z?abRZR?/(2)aabcLZLZLf?210lg(1)ILk?2baabccC ffkf R CRff?/2baacbcLffkfLRfRf?RaUgCaRa/(2),abcLLf?/(2),abcCCf?L型：C型：例：设计阻抗为50，截止频率f c=1MHz 的低通滤波器。9616.4106400pF25010bcCCZf?6650 15016 10 H16 H210bccZLLff?电感型：电容型：50UgC=6400pF504.多级滤波器多级滤波器?过渡带与滤波器阶数（L、C器件数）的关系：对于n阶滤波器，过渡带的斜率按20ndB/10倍频或6ndB/倍频增加。增加滤波器的阶数仅增加了过渡带的斜率，而不改变滤波器的截止频率。cf210cf10cf310cf410cf204060801阶2阶3阶4阶fIL2,1LCR?222(22)(2 2)10lg4IL?例例：二阶原型滤波器：410lg(1)?UC1L1CU1L11,2,1CLR?2 232610lg(1 2)()10lg(1)IL?三阶原型滤波器：型:T型：1,2,1LCR?2232610lg(1 2)()10lg(1)IL?2F11H等U11H等1F12HU11F例例：设天线的工作频率为230MHz，输入阻抗为72，干扰频率为6672MHz，要求带外衰减30dB，设计低通滤波器。解解：最低截止频率30MHz，取32MHz。最低干扰频率fi 66MHz,则2.06icff?要求：6ndB/倍频 30dB，则n5，取n5。153240.618F,2.00F,1.618HbbbbbCCCLL?换算：72gLRR?151(2)43pFbcCCCf Z?242(2)0.58HbLLL Zf?33(2)138pFbcCCf Z?5级原型滤波器的参数为电容、电感的高频特性2222()1()LCZRXXRLC?谐振点：1LC?1.电容的频率特性引线长1.6mm的陶瓷电容器C低频模型RCL高频模型理想电容1/LC?Z阻抗频率特性曲线电容量谐振频率(MHz)1 F1.70.01 F12.63300 pF19.31100 pF33330 pF60?阻抗频率特性实际电容?巧用谐振点：通过调整电容量和引线长度，使谐振点恰好落在干扰频率上（附近），提高滤波效果。?对滤波特性的影响?提高谐振频率的方法：尽量缩短引线长度；1/LC?当角频率时，会发生串联谐振，这时电容的阻抗最小，滤波效果最好，超过谐振点后，电容器的阻抗呈现电感阻抗特性 随频率的升高而增加，滤波效果开始变差。选用电感较小的种类。?一个常见的错误：加大电容量来提高干扰抑制效果。?克服电容非理想性的方法克服电容非理想性的方法带宽干扰信号，以上。:kHz GHzf 大小电容并联：大电容谐振点低，小电容谐振点高。大电容抑 制低频干扰，小电容抑制高频干扰。RUgR大电容?Z小电容电容并联LC并联电感并联问题：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 三端电容三端电容：构成 一个T形滤波器。穿心电容（馈通电容）问题：引线间电容耦合，另一引线的电感（300MHz 以下）结构：特点：接地电感小；输入输出无耦合。RUgR三端电容?Z普通电容2222()/(1)RLLC?谐振点：1LC?2.电感的频率特性电感的频率特性绕在铁粉芯上的电感理想电感1/LC?Z阻抗频率特性曲线电感量(H)谐振频率(MHz)3.4458.828685.71252.65001.2?阻抗频率特性低频模型LRCL高频模型222()()LCLCX XZRXX?实际电感关键减小寄生电容?单层绕制多层绕制方法：边绕边重叠分段绕制多电感串联?克服电感线圈非理想性的方法高通滤波器(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RUgCRUgLRRUgCRR低通高通RUgLR210lg(1)ILk?2hRkL?12hkC 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)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11F2lhlLCL?11H2lhlCLC?Ug11LhUgCh11210lg(1),1(2)ILkkf?2bacCCf Z?abRZR?2bacZLLf?例：设计一个高通滤波器，指标要求：解解：zz1MH,600,250kH,70dBcgLfZZfIL?4,ciff?即12.3ndB/倍频 70dB，则n6 低通原型：1634520.518,1.932,1.414llllllCLCLCL?高通原型元件值：224466110.707F,1.414110.518F,1.932111.932F0.518hlhlhlCLCLCL?113355111.932H,0.518110.518H,1.932110.707H.1.414hlhlhlLCLCLC?换算出高通的最终元件值：666(2)1.932(210600)512pFhhcCCf Z?644(2)0.518(210600)137pFhhcCCf Z?6225(2)0.707(210600)188pFhhcCCf Z?655(2)600 0.707(210)67.5 HhhcLZ Lf?633(2)600 0.518(210)49.4 HhhcLZ Lf?611(2)600 1.932(210)184 HhhcLZ Lf?Ug600600Lh1Ch2Lh3Ch4Lh5Ch6Ug600600Ch2Lh3Ch4Lh5Ch6Lh1高通滤波电路带通滤波器UgRRLp1Cs1Cp1Lp2Cs2Cp2Ls1Ls2UgRRLp1Cp1Cp2Lp2Cs1Ls1Cs2Ls2带阻滤波器有源有源滤滤波器波器?方法：采用电路技术模拟电感和电容特性。?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。吸收型滤波器吸收型滤波器：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.铁氧体的阻抗特性?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。?电流对铁氧体的影响当穿过铁氧体中的导线中流过电流时，令在铁氧体磁感中产生磁场。当磁场强度超过一定量值时，磁感发生饱和，磁导率急剧下降，电感量减小。低频时，影响较大；高频时影响不大。2.电缆滤波器?将铁氧体材料填充在电缆中制成电缆滤波器。?特点特点：体积小，具有理想的高频衰减特性。3.滤波连接器将铁氧体直接组装到电缆连接器内。4.铁氧体磁环芯线铁氧体绝缘层绝缘外套屏蔽层外套反射式和吸收式混合使用反射式和吸收式混合使用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fIL030-60低通滤波器的损耗特性测量极限fIL030-60接入吸收线后的低通滤波器的损耗特性电电源源滤滤波器波器?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电子设备相线地线中线电子设备相线地线中线电子设备相线地线中线滤滤波器的波器的选选用与安装用与安装1.选用干扰频率、干扰量级、环境条件?阻抗匹配：低高CL低低L高高C高低CL2.安装安装 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PCB滤波器滤波器PCBPCB滤波器绝缘层PCB滤波器