濾波器選擇需注意的十個問題
發布時間:2019-06-10 責任編輯:wenwei
【導讀】近期接觸幾位技術工程師朋友在選用濾波器,發現了不少有意思的問題,才發現波平浪靜處水最險,簡曰“燈下黑”。於是才鬥膽誕生此文。
1、如果未經過對儀器的EMI、EMS指標測試就選定了濾波器,基本上屬於“盲人騎瞎馬、夜半臨深池”的主兒;
2、如果機器上選擇的是一個市麵上買來的通用濾波器,這個濾波器基本上是可以不加的;
3、濾波器8分定製、2分通用才算比較靠譜。
xiacijielundeyuanyinshiyinweizuijinyudaodehaojiqishiqing,doujialelvboqi,danchuandaojiushibuguo,zuihouhaishigenjuceshijieguogeishejilegelvboqiyangpin,yizhuangshangok才算pass,其實設計本身也並不複雜,不過多加了一級差模電容和差模電感、或調整了一下濾波器電感電容的參數而已。通用型的IEC插座濾波器,裏麵的空間很小,一般隻能放得下2個共模電容、一個差模電容和一個共模電感,靠這點東西就能放之四海而皆準,難度莫大焉。

那濾波器應如何選型?
第一種是預知曉(起碼是估計)需濾掉的雜波頻點或頻段和強度,然後提出對濾波頻段的衰減要求,將此要求提給廠家,由廠家給您設計一款適用的濾波器。
dierzhongshixianshejichanpin,jiegoukongjianshangyuliuchuzhuanglvboqideweizhi,dengchanpinzhuanghaohoujinxingceshi,genjuceshidejieguoquedinglvboqidelvchupindianheshuaijiantexing。
除此二者外,基本上沒有其他的方法能有效地選好濾波器。
案例1:
如低頻無極燈產品,整流器開關頻率220KHz,此頻率是幹擾的基頻,其他幹擾頻率基本都是此頻點的高次諧波,在起初設計時,就可以根據預估給出濾波器的要求來,220KHz頻點時,共模插損ILCM=60dB 差模插損ILDM=60dB,根據這個要求,濾波器廠家就可以設計出濾波器來。
如手術室用監護儀,與手術刀在共同的環境下使用,手術刀的頻率是500KHz,可以根據預估給出對濾波器的要求,500KHz頻點時,共模插損ILCM=70dB 差模插損ILDM=70dB,根據這個要求,濾波器廠家就可以設計出濾波器來。
插損這個指標,行規是在50Ωdebiaozhunfuzaixiacedede,danshijidianluzhong,zukangpipeidebukenengzheyangbiaozhun,yinci,chasundezhibiaozaishiyonghuidaxiezhekou。suoyiyugushiyaoqiuzhibiaoyaogaoxie。
案例2:
某產品未加濾波器時的測試結果,畫黑圈的是兩個主要的超標頻點,最左側的點是213KHz,超標7dB左右,右麵一個是它的高次諧波,可以不必理它,213K濾掉了,那個也就跟著消除了。
作為電子設計工程師,能預估出、或能測出預定的幹擾頻率和提出擬衰減的指標來,這就夠了。
濾波器有多種,做儀器設備中常用到的是電源濾波器和信號濾波器。其他類型的作無功功率補償的電力濾波器、微波頻段的濾波器不是這裏討論的內容。
濾波器的選擇需要考慮以下多點:
1.電壓
這個電壓值要求是一個範圍,是穩態電壓±紋波電壓的綜合。
2.電流
dianliudezhibiaohenguanjian,tajuedinglelvboqineibudedianganderaozutongxianheyinchuxiandexianjing。ruguoxuanxile,xidaoxianshangpaodadianliu,ruxiaomaladache,huiyinqiyanzhongfareyizhishaohui。zhegedianliuyeshiyigefanwei,wentaidianliu 波動電流的最大值。
3.電磁兼容標準要求
既然是濾波器,為的就是濾掉一些不期望的頻段,而濾除的效果一般是由EMC測ce試shi標biao準zhun和he現xian場chang應ying用yong的de直zhi觀guan結jie果guo來lai確que定ding。尤you其qi是shi電dian源yuan濾lv波bo器qi,最zui好hao能neng確que定ding用yong此ci濾lv波bo器qi的de產chan品pin需xu要yao通tong過guo的de是shi哪na個ge標biao準zhun,根gen據ju標biao準zhun要yao求qiu的de不bu同tong,在zai選xuan擇ze時shi也ye有you其qi特te定ding的de測ce試shi頻pin段duan要yao求qiu。
電源濾波器的主要針對指標是傳導發射CE和傳導抗擾CS,信號濾波器的則主要看EMC標準裏對不期望輸入頻段和不期望輸出頻段的要求了。
比如無極燈用的整流器,本身就是一個開關工作狀態,會有對外的發射,EMC測試時候會重點檢查其開關頻率以及其高次諧波成分的傳導幹擾,濾波器就需要針對這些特定頻段或頻點具有足夠的濾除效果。
4.安規標準要求
讀du者zhe可ke能neng會hui覺jiao得de奇qi怪guai,選xuan濾lv波bo器qi,說shuo安an規gui標biao準zhun幹gan啥sha?這zhe是shi因yin為wei濾lv波bo器qi一yi般ban用yong在zai電dian源yuan輸shu入ru端duan和he板ban卡ka的de接jie口kou處chu,這zhe些xie部bu位wei都dou是shi安an規gui問wen題ti的de重zhong災zai區qu。等deng於yu是shi濾lv波bo器qi一yi身shen承cheng擔dan了le多duo個ge要yao求qiu。與yu濾lv波bo器qi有you關guan的de安an規gui重zhong點dian是shi三san個ge指zhi標biao:絕緣耐壓、漏電流、剩餘電壓剩餘能量。
絕緣耐壓打LN對地的絕緣強度,考驗的是Y電容的耐壓值,Y電容大了,漏電流就會大,容易導致安規要求上的漏電流超標,現在有部分廠家設計上就采取了輸入端無Y電容設計(如圖)。這樣LN對G就成了LN通過L1、Cy1、Cy2、G’對G了,而G和G’是不連的。如果采用了輸入端接Y電容的方式,即將Cy1和Cy2放到前麵R的左麵來,則測試時須注意絕緣耐壓的設定和漏電流的大小是正相關的,最高不超過20mA。曾經遇到過差點被退貨說濾波器安規不合格的情況,最後經查是1500V時漏電流設定為2mA(應為5mA),測試儀器報警就是正常的了。
另一個問題就是Rdexuanze,youhaoduochangjiadelvboqimeizhuangzhegedianzu,zaibadiaochatouhou,zaijiaoduandeshijiannei,qumodianyuandechakou,ruguohuiyoubeidiandeganjiao,wentijiuchuzaimeizhuangzhegedianzushang。zheshigegaonaiya、起泄放電作用的功率電阻。
5.濾波器電路結構形式
電dian路lu結jie構gou形xing式shi和he期qi間jian的de參can數shu選xuan擇ze是shi濾lv波bo器qi的de核he心xin,但dan就jiu是shi在zai這zhe一yi部bu分fen,應ying用yong工gong程cheng師shi的de選xuan擇ze常chang常chang兩liang眼yan一yi摸mo黑hei著zhe選xuan,雖sui然ran大da多duo時shi候hou也ye差cha不bu多duo可ke以yi用yong,但dan既ji不bu知zhi己ji也ye不bu知zhi彼bi的de設she計ji方fang式shi,浪lang費fei資zi源yuan、埋留隱患的可能性就大大增加。這在需要精益設計、從中國製造到中國創造的電子製造業,從初級工程師向資深工程師的成長期望上來說,都是不合時宜的。
濾波器的作用是對通過其的不同頻率有不同的放大效果,對通帶內頻段的則不衰減,對通帶外要抑製的則以幾十個dB的de級ji別bie進jin行xing衰shuai減jian,從cong而er達da到dao過guo篩shai子zi的de目mu的de。但dan就jiu是shi濾lv波bo器qi在zai對dui不bu同tong頻pin率lv的de電dian壓ya幅fu值zhi采cai取qu不bu同tong放fang大da倍bei數shu的de時shi候hou,電dian磁ci波bo的de相xiang位wei也ye在zai發fa生sheng變bian化hua,因yin為wei相xiang位wei也ye是shi和he頻pin率lv有you關guan的de,所suo以yi濾lv波bo器qi結jie構gou形xing式shi的de選xuan取qu,也ye還hai是shi有you些xie學xue問wen的de。
濾波器結構形式常用的是三種:
a.巴特沃思濾波器:特點是通帶內放大倍數平整,通帶內,隨著頻率的變化,濾波器放大倍數基本維持不變;但(dan)缺(que)點(dian)是(shi)通(tong)帶(dai)向(xiang)截(jie)止(zhi)段(duan)的(de)過(guo)渡(du)段(duan),過(guo)渡(du)的(de)較(jiao)為(wei)平(ping)緩(huan)。意(yi)思(si)是(shi)說(shuo),敵(di)人(ren)和(he)朋(peng)友(you)的(de)界(jie)限(xian)不(bu)是(shi)很(hen)清(qing)楚(chu),有(you)一(yi)部(bu)分(fen)朋(peng)友(you)也(ye)在(zai)幹(gan)著(zhe)敵(di)人(ren)的(de)事(shi)情(qing),有(you)一(yi)部(bu)分(fen)敵(di)人(ren)也(ye)在(zai)幫(bang)我(wo)們(men),對(dui)這(zhe)一(yi)部(bu)分(fen)是(shi)殺(sha)掉(diao)還(hai)是(shi)留(liu)在(zai)組(zu)織(zhi)裏(li),讓(rang)人(ren)很(hen)糾(jiu)結(jie)。如(ru)果(guo)有(you)用(yong)頻(pin)率(lv)和(he)幹(gan)擾(rao)頻(pin)率(lv)離(li)得(de)很(hen)近(jin),這(zhe)種(zhong)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)就(jiu)很(hen)有(you)問(wen)題(ti)。
b.切比雪夫濾波器:takeyihenhaodejiejuebatewosiguodudaipinghuandequedian,zaizhezhongxingshidelvboqizhong,guodudaihendouqiao,jishiyouyongpinlvheganraopinlvhenjin,yinweiguodudaihendouqiao,suoyiqijiezhipinlvdianqianhoulianggepinduanfangdabeishudechabiehenda,feiyoujidi,henhaoqufen,shipengyoujiumeiganguoduibuqiwomendeshi,shidirendejiumeiganguoduiwomenhaodeshi,suoyipengyoularuzuzhiyouhoudaiyu,shidirenzeganjingliluodexiaomiezhi。gaoshanzhicebiyoushengu,yigeyoudianbiranbansuizheyigequedian,qiebixuefulvboqidequedianshizaitongdaipinlvdemoduanbufen,fangdabeishuhuiyoujiaoqiangdebodong,jizaitongdainei,suizhepinlvdebianhua,fangdabeishusuiranbilvchupinduandalehenduo,danduitongdaineidepinlv,qifangdabeishubingbushibaochiwendingbubiande,jiushishuo,pengyoumendeqingxubingbuwending,yebushisuoyoupengyoudouyirujiwangdefuchubangzhu。(僅做舉例說明,不要誤解為對朋友的不滿哈)
c.貝塞爾濾波器:cizhonglvboqibushihentongyong,yongdejiaozhuan,yinweitadetexingshixiangweixianxing。qianliangzhongguanzhudeshifangdabeishu,danruguoduiyuyinxinhao,birugequ,tongdaineifangdabeishusuiranmeiyoubianhua,danqixuanlvquebuzaiyouyang。yinweixiangweidebianhuadaozhigequdeouyazhouzhananweiting。cishi,beisaierlvboqijianghuifashengqizuoyong。
zhiyuxuanzenazhonglvboqidianlujiegouxingshi,dianlugongchengshiweibiquzuoshenruyanjiu,danxuzhidaozijixiangyaodetexing,bingtigonggeilvboqichangjia,youtamenbangninzuoxuanze。
現在的電源濾波器都是低通濾波器,通過的都是工頻50Hz或60Hz,這是有用頻率,其他的全是無用的了,所以用截止頻率在1KHz以上的就綽綽有餘,因此,盲人騎瞎馬似的隨便選濾波器,很多時候也沒出問題。所以對電源濾波器的選取在工藝、安規上就要多關注了。但在有特定輸出或輸入的場合,電源濾波器的選擇就要謹慎了。比如醫療手術時的電刀產品,其工作頻率是500KHz,它本身會對網電源造成幹擾,所以電刀的對外傳導幹擾需要抑製;同時,與電刀共用電源的設備也要警惕,其500KHz也可能會對您產生幹擾。
6.插損曲線
濾波器的插損測量當不得真。舉例來說,如果我們發現100KHz超標13dB,選擇了一款濾波器,從插損曲線上看出其在100KHz時的插損是 20dB,覺得此濾波器用上去就肯定就沒問題,那就錯了,因為廠家的插損曲線都是在50Ω-50Ωdebiaozhunzukangxiacede,shijishangdeyingyongxianchang,jibenkeyikendingbushirucibiaozhundeyuanzukanghefuzaizukangtexing,suoyilvboqideshuaijianxiaoguohuidadazhekou,yinci,xuanzedeshihouduiniyizhidepinlvdianbixuzhishaoliuchu20dB的餘量,如上例就需選擇 100KHz時插損不低於33dB的濾波器。
另外插損分共模插損和差模插損,一般對30MHz以上的幹擾,選擇共模插損滿足上麵要求的濾波器,10MHz以下的幹擾選擇差模插損滿足要求的濾波器,對上例100KHz,選擇差模插損33dB的濾波器。
7.濾波器的安裝形式
這個問題好理解,一般有板式(有可焊插針引腳)、螺絲固定安裝、IEC標準(帶單相220V三針輸入)、帶開關的IEC,這個根據實際結構功能要求選擇即可。
8.安裝工藝規範
濾波器的安裝是僅次於電路結構形式和組成器件指標的技術要素。主要體現在濾波器的位置、接地的措施。位置要求靠近輸入或輸出端,為的避免輸入端輸出端線纜上的高頻幹擾輻射出來影響到其他電路;輸入線輸出線不得並行走線,不得靠近走線,以免相互串擾造成該幹淨的幹淨不了;濾(lv)波(bo)器(qi)課(ke)題(ti)是(shi)金(jin)屬(shu)殼(ke)體(ti),接(jie)地(di)要(yao)求(qiu)麵(mian)接(jie)地(di)而(er)不(bu)是(shi)線(xian)接(jie)地(di),須(xu)保(bao)證(zheng)整(zheng)個(ge)麵(mian)與(yu)地(di)接(jie)觸(chu)良(liang)好(hao),不(bu)能(neng)僅(jin)靠(kao)固(gu)定(ding)引(yin)腳(jiao)的(de)螺(luo)絲(si)或(huo)上(shang)麵(mian)引(yin)出(chu)的(de)接(jie)地(di)導(dao)線(xian)來(lai)接(jie)地(di),導(dao)線(xian)接(jie)地(di)的(de)引(yin)線(xian)電(dian)感(gan)量(liang)大(da),高(gao)頻(pin)接(jie)地(di)阻(zu)抗(kang)偏(pian)高(gao)導(dao)致(zhi)高(gao)頻(pin)接(jie)地(di)不(bu)良(liang),濾(lv)波(bo)效(xiao)果(guo)不(bu)好(hao);接地線纜不宜用擰接方式,必須選用焊接方式。
9.濾波器的Q值
Q值對實際濾波效果影響倒不大,但Q值代表的是損耗 / 輸入功率,Q值zhi越yue高gao,說shuo明ming損sun耗hao越yue大da,意yi指zhi會hui有you部bu分fen能neng量liang在zai濾lv波bo器qi的de電dian感gan上shang被bei損sun耗hao掉diao。在zai一yi般ban的de低di功gong率lv電dian源yuan濾lv波bo器qi和he信xin號hao濾lv波bo器qi上shang,此ci問wen題ti不bu會hui太tai突tu出chu。但dan在zai較jiao大da功gong率lv的de濾lv波bo器qi上shang,這zhe個ge損sun耗hao不bu可ke小xiao視shi,一yi是shi會hui引yin起qi發fa熱re,發fa熱re後hou的de電dian容rong會hui引yin起qi較jiao大da的de負fu麵mian影ying響xiang,漏lou電dian流liu、耐壓、容值等都會隨溫度變化而變化;二是耗電量大會導致無謂的電損失。
10.其他
另外的內容就是濾波器的內部了,作為用戶是看不到的,灌封膠的灌封均勻致密程度、器件和金屬之間絕緣紙的厚度,這些用戶隻能通過訊問的方式了解了,至於生產廠家說不說實話,全憑天命。
本文轉載自珠海立飛技術服務有限公司微信公眾號。
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