1、第4章 抑制电磁干扰的滤波技术,4.1 滤波器的特性与分类,4.2 低通滤波器,4.4 高通滤波器,4.5 有源滤波器,4.3 电容、电感的高频特性,4.7 反射式和吸收式混合使用,4.8 电源滤波器,4.6 吸收型滤波器,4.9 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。,满足电源线干扰发射和抗扰度要求,满足抗扰度及设备辐射发射要求,( 1 ) 插入损耗（IL）,4.1 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：,U1 未接入滤波器，信号源在负载上建立的电压；,
2、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。,2. 分类,( 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,3. EMI
3、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；（干扰源的频带范围很宽）, 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）,4.2 低通滤波器,电磁干扰滤波器主要是低通滤波器，用在干扰信号频率比上作信号频率高的场合：,数字脉冲电路是一种主要的电磁干扰源，脉冲信号有丰富的高次谐波，是很强的干扰源。,高频电磁波更容易被接收，对设备造成电磁干扰的电磁场的频率较高，在电路中产生的噪声电压、电流也是高频的。,当导线上有传导电流时，电流的频率越高，越容易产生辐射。,导线或电缆之间由于存
4、在杂散电容和互感，会产生相互的串扰，频率越高串扰越严重。,1. 常见形式,并联电容型；串联电感型；型；反型；T型 ；型等,无源滤波器的端口网络特性,其中,端口网络：,2. 插入损耗,输入阻抗：,无滤波器网络时,故插入损耗,无源滤波器的插入损耗,C型：,L型：,型：,反型：,IL 同型。,插入损耗：,型：,L型：,T型：,C型：,型：,3. 低通滤波器的设计,3dB截止点：,0.1 1 10 100,( 1 ) 低通原型滤波器,其中,截止角频率 ：对应于3dB截止点的角频率,原型滤波器：,L型原型滤波器,型：, 带宽换算,换算后,换算前,（2）由原型滤波器设计实际滤波器,带宽换算,C 型：,换算
5、前,L型：,换算后,令, 阻抗换算,令,L型：,C型：, 宽带与阻抗综合换算,L型：,C型：,例：设计阻抗为50，截止频率f c =1MHz 的低通滤波器。,L型：,C型：,4. 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。,例： 二阶原型滤波器：,三阶原型滤波器：,型:,T型：,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：最低截止频率30MHz，取32MHz。最低干
6、扰频率fi 66MHz,则,要求：6ndB/倍频 30dB，则n5，取n5 。,换算：,5级原型滤波器的参数为,4.3 电容、电感的高频特性,谐振点：,1. 电容的频率特性,引线长1.6mm的陶瓷电容器,阻抗频率特性,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；,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
7、的方法,带宽干扰信号， 以上。, 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。,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。,不同值电容的谐振, 三端电容,三端电容：构成 一个T形滤波器。,问题：引线间电容耦合，另一引线的电感（300MHz 以下）, 穿心电容（馈通电容）,结构：,穿心电容特点：接地电感小；输入输出无耦合。,以穿心电容为基础的馈通滤波器广泛应用于RF滤波,穿心电容的插入损耗,谐振点：,2. 电感的频率特性,绕在铁粉芯上的电感,阻抗频率特性,电感寄生电容的来源,磁芯为导体时
8、，CTC为主要因素， 磁芯为非导体时，CTT为主要因素。,关键减小寄生电容,克服电感线圈非理想性的方法,4.4 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,低通,高通,( 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,例：设计一个高通滤波器，指标要求：,解：,即12.3ndB /倍频 70dB，则n6,低通原型：,高通原型元件值：,换算出高通的最终元件值：,高通滤波电路,带通滤波器,带阻滤波器,4.5 有源滤波器,方法：采
9、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， 形成干扰的高阻抗电路。, 有源电容滤波器：用有源器件模拟电容元件的频率特性，形成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。,用于抑制电源线路干扰的对消滤波器,4.6 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
10、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，令在铁氧体磁心中产生磁场。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。,铁氧体的阻抗特性,2. 电缆滤波器,特点：体积小，具有理想的高频衰减特性。,将铁氧体材料填充在电缆中制成电缆滤波器。,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,4.7 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。,4.8 电源滤波器,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
11、导干扰。,电源线中的干扰：共模干扰和差模干扰,共模干扰滤波,差模干扰滤波,改善滤波器的高频特性,4.9 滤波器的选用与安装,1. 选用,干扰频率、干扰量级、环境条件,滤波器的选择,额定电流：设备额定电流的1.2倍,额定电压：略大于设备额定电压,插入损耗: 厂家所给出的值，一般是在50/50标准测量法下测得的，应在设备实际需要的插入损耗上再加上20dB的余量。,阻抗匹配：,注意插入损耗的增益问题,在选用信号线滤波器时，应仔细考虑其截止频率。 截止频率的选择必须保证滤波器的带通覆盖功能性信号的带宽，保证设备正常工作，同时最大限度地滤除不必要的高频干扰。,对于模拟信号，只要截止频率大于信号的带宽即可
12、； 对于数字脉冲信号，其截止频率可定为1/tr，tr是脉冲的上升/下降时间； 对于周期性脉冲信号，可以取脉冲重复频率的15倍为截止频率。,滤波器的选择,滤波器的滤波性能与设备的阻抗特性密切相关,滤波器的滤波性能可能随设备运行状态的变化而 改变,滤波器是否满足要求只能由实际的测试来确定,不存在通用或普适的滤波器!,2. 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,2. 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,滤波器的屏蔽外壳必须与设备的金属机壳实现可靠的电气接触，设备的金属机壳应可靠接大地。,
