完美!一种抑制电源线干扰的解决方法

用示波器观察电力电网时,会发现50I-Iz的电压上叠加着各种各样的干扰电压,这些干扰对电网中的设备会产生不同程度的影响。其来源是日趋严重的电磁污染,根本的解决方法是限制设备的电磁泄漏,同时要提高设备在电磁干扰环境中正常工作的耐受能力。
1 电源线滤波器的作用
    严格地说,电源线滤波器n 的作用是防止设备本身产生的电磁干扰进入电源线,同时防止电源线上的干扰进入设备。电源线滤波器是一种低通滤波器,它允许直流的工作电流通过,而不允许频率较高的电磁干扰电流通过。电源线滤波器是双向的,它既能防止电网上的干扰进入设备,对设备产生不良影响,使设备满足传导敏感度的要求;又能防止设备内的电磁干扰通过电源线传到电网上,使设备满足传导发射的要求。凡是能够产生较强干扰的设备和对外界干扰敏感的设备都要使用电源线滤波器。能产生较强干扰的设备有:含有脉冲电路(微处理器)的、使用开关电源的、使用可控硅的、变频调速的、含有马达的等。敏感电路如使用微处理器的设备、小信号模拟电路等。
2 电源线滤波器的基本原理
    电源线滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成,它允许直流或50I-Iz的电流通过,对频率较高的干扰信号则有较大衰减。由于干扰信号有差模和共模两种,因此电源线滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。滤波器的基本电路如图1所示。图1中,C1、c2是滤波共模干扰用的电容,一般称为Y电容,而c3、C4作用是滤除差模干扰信号,一般称为x电容,L是电感线圈,一般绕制成共模扼流圈的形式。当负载电流流过共模扼流圈时,串联在火线上的线圈产生的磁力线和串联在零线上的线圈所产生的磁力线方向相反,它们在磁芯中相互抵消;因此即使在大负载电流的情况下,磁芯也不会饱和。而对于共模干扰电流,两个线圈产生的磁场是同方向的,会有较大的电感,从而起到衰减干扰信号的作用。
3 将电源线滤波电路直接安装在线路板上电源线滤波器的电路是如此简单,一个诱人的想法是直接将滤波电路安装在线路板上的电源线人口处,这样既能够节省空间,又能够降低成本。另外,由于滤波器的实际衰减特性与它所连接的网络有关,因此在实际使用中不可避免地要对滤波器的参数进行调整,将滤波电路安装在线路板上,能够很方便地按照电路情况进行调整。
将滤波电路直接安装在线路板上从电路角度看是完全可行的,但是从电磁干扰滤波的实际情况看有些问题。 .
首先,如果希望滤波器具有良好的高频性能,Y电容的引线必须短,且应该直接连接到金属机壳上;当将滤波器件安装在线路板上时,这一点是很难做到的,除非在设计线路板和安装结构时考虑这个问题。
其次,机箱内线路板、电缆等产生的辐射会直接感应到滤波电路上的各个部位,导致滤波电路失效,如图2所示,这个问题在高频时尤其突出。

从理论上讲,只要能够妥善解决以上两个问题,将滤波电路安装在线路板上是完全可行的。为了使设计人员方便地解决这个问题,现提供了图3所示的方案。

一个关键的器件是安装在机箱面板上的内含电容滤波网络的插座。这个插座内部安装了共模扼流圈和滤波电容器,电容器的安装严格遵循引线最短、前后隔离的原则。之所以仅使用共模滤波网络,是因为差模干扰已被线路板上的滤波电路滤除,感应到电源端口上的都是共模电流。该电容滤波插座现已有成品,可直接选用。另外设计人员也可根据需要,滤波电容采用穿心电容;当使用穿心电容时,可以将滤波的有效范围拓宽到1GHz以上。


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