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对EMI FILTER的一些见解

发表于 2015-10-30 15:26:51 | 1009人看过0回复 显示全部楼层 |阅读模式

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发表于 2015-10-30 15:26:51 | 显示全部楼层 |阅读模式

EMI  FILTER的一些见解


电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径。通过电源线,电网上的干扰可以传入设备,干扰设备的正常工作。同样,设备的干扰也可以通过电源线传到电网上,对网上其它设备造成干扰。为了防止这两种情况的发生,必须在设备的电源入口处安装一个低通滤波器,这个滤波器只容许设备的工作频率(50Hz,60Hz,400Hz)通过,而对较高频率的干扰有很大的损耗,由于这个滤波器专门用于设备电源线上,所以称为电源线滤波器。电源线上的干扰电路以两种形式出现。一种是在火线零线回路中,其干扰被称为差模干扰。另一种是在和火线、零线与地线和大地的回路中,称为共模干扰。通常200Hz以下时,差模干扰成分占主要部分。1MHz以上时,共模干扰成分占主要成分。电源滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用,但由于电路结构不同,对差模干扰和共模干扰的抑制效果不一样。所以滤波器的技术指标中有差模插入损耗和共模插入损耗之分。


常用的滤波器如下所示,

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg          file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg
最基本的差模电源滤波器
最基本的共模电源滤波器


file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg

最基本的共模-差模电源滤波器


file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg

典型的开关电源滤波器

图中电容CX位于相线与中线之间,用于衰减差模干扰,故俗称抗差模电容,其电压额定值与所用电源有关,对220V交流电源来说,常用耐压为250VAC的电容。CX的典型值为几十nF1uF之间。匝数相同的L1L2同绕在一个磁芯上,按图示同名端标注,当交流电流通过时,回路中的磁通相互抵消,不会引起磁芯饱和。但对共模电流则呈现大的感抗值,可取得大的滤波效果。鉴于图中电感的特殊作用,被称为共模电感。共模电感的电感量与通过电流的大小有关(电流小,线径细,故匝数可多些。反之亦反),典型值在几百nH至几mH之间。位于相线及中线的对地电容Cy,用来衰减共模干扰,故称为抗共模电容。考虑到电气设备要做电源输入端对外壳的工频耐压及工频泄漏电流试验,Cy的容量不宜太大,一般取1nF4.7nF;而耐压选36kVDC。电阻R用来消除可能出现在滤波器上的静电积累。


在我们公司,常用的滤波器如上图所示,但不同的机种在元件的选择及参数的选择都会不同。目前,我们的机种在选择滤波器时一般是按照以往的经验来选择,是否所有的选择都是最佳的,是否所有的滤波器都能满足我们的滤波要求,这些都值得我们去研究。

下面我以PW5115 COST DOWN 7123NP机器为例,研究不同滤波器对传导发射的抑制效果,在实验中,我尝试了不同参数的组合方式,得到如下的不同结果:

INPUT FILTER 1WITH  OUTPUT FILTER2472CAP-Y

       file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.gif

这是机器原来用的滤波器,其中,C3是加在AVR变压器的输出端用来吸收电弧的。下面是这台机器的原始传导波形:

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.jpg

                     LINE  MODE

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.jpg

BAT  MODE


由图中可以看出,原有的FILTER并不能完全抑制传导发射,我们重点应该解决的部分是图中200K~350KHz频段。


INPUT FILTER 2WITH  OUTPUT FILTER2472CAP-Y

      file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.jpg

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.jpg

                     LINE MODE

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.jpg

                       BAT  MODE

去掉C2后,传导仅仅是在LINE MODE下如图标示部分变差,但对整体并没有影响


INPUT FILTER 3WITH  OUTPUT FILTER2472CAP-Y

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.jpg


file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.jpg

                      LINE  MODE

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image026.jpg

BAT  MODE


从上图可以看出,去掉两个CAP-Y后,对传导发射的波形并没有什么影响



INPUT FILTER 4WITH  OUTPUT FILTER2472CAP-Y

             file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.jpg                  

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image030.jpg

                      LINE  MODE

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image032.jpg

BAT  MODE


由上图可以明显的看出,加大CAP-X,可以有效的降低200K~350KHz频段的杂讯,而且从后面的实验也可以看出这种搭配对这台机器的传导发射的抑制效果是最佳的。


INPUT FILTER 4NO OUTPUT FILTER


file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image034.jpg

DEL  THE OUTPUT CAP-Y(LINE MODE)

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image036.jpg

DEL THE OUTPUTCAP-YBAT MODE

可以看出,OUTPUT FILTER2472CAP-Y)对传导的效果影响很大,尝试改变这两个CAP-Y103,没有明显改变。



INPUT FILTER 5WITH  OUTPUT FILTER2472CAP-Y

          file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image038.jpg

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image040.jpg

                      LINE  MODE

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image042.jpg

BAT  MODE


去掉C2后,图中的点OVER 2dB

INPUT FILTER 5WITH  OUTPUT FILTER2472CAP-Y


file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image044.jpg

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image046.jpg

                      LINE  MODE

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image048.jpg

                      BAT  MODE

通过读点,图中标示的点为(309.23KHz,49.2dB),低于标准线,所以用这个INPUTFILTER,可以把传导干扰抑制在我们的接受范围之内。


下面我们看看RADIATION方面的情况, file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image050.jpg

               LINE MODE (VERTICAL)

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image052.jpg

BATMODE(VERTICAL)

图中,蓝色是原始波形,红色是采用FILTER5后的波形,从对比图可以看出, FILTER 5对辐射的抑制也可以达到我们的要求。




从这次实验中,我有一些收获:

原来传统的设计不一定是最好的,我们应该根据实际的情况来完成我们的设计,而且可以通过实验来证明我们的设计。对这个FILTER来说,,仅仅改变一下元件的搭配,就可以得到诸如下面的很多不同的滤波器,也一定可以得到许多不同的EMI抑制效果,


file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image053.gif              

file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image055.jpg


           file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image056.gif

           

           file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image058.jpg

           file:///C:/Users/kevin/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image060.jpg


FILTER来说,如果采用改变参数,改变摆放的位置,改变接地点等方式相结合来进行搭配,可以得到很多不同的EMI FILTER,同时结合不同的INPUT FILTEROUTPUTFILTER进行搭配,就可以得到很多不同的效果。如何得到最完美的设计,得到最理想的效果,这些还需要我们不断的试验和努力。我们目前在EMC方面还处于尝试阶段,因此我们需要在不断的实验中总结出一些有价值的东西,比如说实验的思想,实验方法的改进等等。不断的实验和经验的积累都是很重要的,这些都需要我们在今后的工作中得到进一步的完善。



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