濾波器選型需注意這十個問題
發布時間:2019-03-14 責任編輯:xueqi
【導讀】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。以下整理了濾波器選型需注意的十個問題。

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。
下(xia)此(ci)結(jie)論(lun)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)因(yin)為(wei)最(zui)近(jin)遇(yu)到(dao)的(de)好(hao)幾(ji)起(qi)事(shi)情(qing),都(dou)加(jia)了(le)濾(lv)波(bo)器(qi),但(dan)傳(chuan)導(dao)就(jiu)是(shi)不(bu)過(guo),最(zui)後(hou)還(hai)是(shi)根(gen)據(ju)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)給(gei)設(she)計(ji)了(le)個(ge)濾(lv)波(bo)器(qi)樣(yang)品(pin),一(yi)裝(zhuang)上(shang)ok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。
第(di)二(er)種(zhong)是(shi)先(xian)設(she)計(ji)產(chan)品(pin),結(jie)構(gou)空(kong)間(jian)上(shang)預(yu)留(liu)出(chu)裝(zhuang)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)位(wei)置(zhi),等(deng)產(chan)品(pin)裝(zhuang)好(hao)後(hou)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi),根(gen)據(ju)測(ce)試(shi)的(de)結(jie)果(guo)確(que)定(ding)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)濾(lv)除(chu)頻(pin)點(dian)和(he)衰(shuai)減(jian)特(te)性(xing)。
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50Ω的(de)標(biao)準(zhun)負(fu)載(zai)下(xia)測(ce)得(de)的(de),但(dan)實(shi)際(ji)電(dian)路(lu)中(zhong),阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)的(de)不(bu)可(ke)能(neng)這(zhe)樣(yang)標(biao)準(zhun),因(yin)此(ci),插(cha)損(sun)的(de)指(zhi)標(biao)在(zai)使(shi)用(yong)會(hui)打(da)些(xie)折(zhe)扣(kou)。所(suo)以(yi)預(yu)估(gu)時(shi)要(yao)求(qiu)指(zhi)標(biao)要(yao)高(gao)些(xie)。
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(dian)流(liu)電(dian)流(liu)的(de)指(zhi)標(biao)很(hen)關(guan)鍵(jian),它(ta)決(jue)定(ding)了(le)濾(lv)波(bo)器(qi)內(nei)部(bu)的(de)電(dian)感(gan)的(de)繞(rao)組(zu)銅(tong)線(xian)和(he)引(yin)出(chu)線(xian)的(de)線(xian)徑(jing)。如(ru)果(guo)選(xuan)細(xi)了(le),細(xi)導(dao)線(xian)上(shang)跑(pao)大(da)電(dian)流(liu),如(ru)小(xiao)馬(ma)拉(la)大(da)車(che),會(hui)引(yin)起(qi)嚴(yan)重(zhong)發(fa)熱(re)以(yi)至(zhi)燒(shao)毀(hui)。這(zhe)個(ge)電(dian)流(liu)也(ye)是(shi)一(yi)個(ge)範(fan)圍(wei),穩(wen)態(tai)電(dian)流(liu) 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an規gui標biao準zhun要yao求qiu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(lv)波(bo)器(qi)電(dian)路(lu)結(jie)構(gou)形(xing)式(shi)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:此ci種zhong濾lv波bo器qi不bu是shi很hen通tong用yong,用yong的de較jiao專zhuan,因yin為wei它ta的de特te性xing是shi相xiang位wei線xian性xing。前qian兩liang種zhong關guan注zhu的de是shi放fang大da倍bei數shu,但dan如ru果guo對dui語yu音yin信xin號hao,比bi如ru歌ge曲qu,通tong帶dai內nei放fang大da倍bei數shu雖sui然ran沒mei有you變bian化hua,但dan其qi旋xuan律lv卻que不bu再zai悠you揚yang。因yin為wei相xiang位wei的de變bian化hua導dao致zhi歌ge曲qu的de嘔ou呀ya啁zhou吒zha難nan為wei聽ting。此ci時shi,貝bei塞sai爾er濾lv波bo器qi將jiang會hui發fa生sheng其qi作zuo用yong。
至zhi於yu選xuan擇ze哪na種zhong濾lv波bo器qi電dian路lu結jie構gou形xing式shi,電dian路lu工gong程cheng師shi未wei必bi去qu做zuo深shen入ru研yan究jiu,但dan須xu知zhi道dao自zi己ji想xiang要yao的de特te性xing,並bing提ti供gong給gei濾lv波bo器qi廠chang家jia,由you他ta們men幫bang您nin做zuo選xuan擇ze。
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-50Ω的de標biao準zhun阻zu抗kang下xia測ce得de,實shi際ji上shang的de應ying用yong現xian場chang,基ji本ben可ke以yi肯ken定ding不bu是shi如ru此ci標biao準zhun的de源yuan阻zu抗kang和he負fu載zai阻zu抗kang特te性xing,所suo以yi濾lv波bo器qi的de衰shuai減jian效xiao果guo會hui大da打da折zhe扣kou,因yin此ci,選xuan擇ze的de時shi候hou對dui擬ni抑yi製zhi的de頻pin率lv點dian必bi須xu至zhi少shao留liu出chu20dB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;lvboqiketishijinshuketi,jiediyaoqiumianjiedierbushixianjiedi,xubaozhengzhenggemianyudijiechulianghao,bunengjinkaogudingyinjiaodeluosihuoshangmianyinchudejiedidaoxianlaijiedi,daoxianjiedideyinxiandianganliangda,gaopinjiedizukangpiangaodaozhigaopinjiedibuliang,lvboxiaoguobuhao;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,Qzhiyuegao,shuomingsunhaoyueda,yizhihuiyoubufennengliangzailvboqidedianganshangbeisunhaodiao。zaiyibandedigonglvdianyuanlvboqihexinhaolvboqishang,ciwentibuhuitaituchu。danzaijiaodagonglvdelvboqishang,zhegesunhaobukexiaoshi,yishihuiyinqifare,farehoudedianronghuiyinqijiaodadefumianyingxiang,loudianliu、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。
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