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shangok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R的(de)選(xuan)擇(ze),有(you)好(hao)多(duo)廠(chang)家(jia)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)沒(mei)裝(zhuang)這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu),在(zai)拔(ba)掉(diao)插(cha)頭(tou)後(hou),在(zai)較(jiao)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)內(nei),去(qu)摸(mo)電(dian)源(yuan)的(de)插(cha)口(kou),如(ru)果(guo)會(hui)有(you)被(bei)電(dian)的(de)感(gan)覺(jiao),問(wen)題(ti)就(jiu)出(chu)在(zai)沒(mei)裝(zhuang)這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu)上(shang)。這(zhe)是(shi)個(ge)高(gao)耐(nai)壓(ya)、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dBdejibiejinxingshuaijian,congerdadaoguoshaizidemude。danjiushilvboqizaiduibutongpinlvdedianyafuzhicaiqubutongfangdabeishudeshihou,diancibodexiangweiyezaifashengbianhua,yinweixiangweiyeshihepinlvyouguande,suoyilvboqijiegouxingshidexuanqu,yehaishiyouxiexuewende。
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:它ta可ke以yi很hen好hao的de解jie決jue巴ba特te沃wo思si過guo渡du帶dai平ping緩huan的de缺que點dian,在zai這zhe種zhong形xing式shi的de濾lv波bo器qi中zhong,過guo渡du帶dai很hen陡dou峭qiao,即ji使shi有you用yong頻pin率lv和he幹gan擾rao頻pin率lv很hen近jin,因yin為wei過guo渡du帶dai很hen陡dou峭qiao,所suo以yi其qi截jie止zhi頻pin率lv點dian前qian後hou兩liang個ge頻pin段duan放fang大da倍bei數shu的de差cha別bie很hen大da,非fei友you即ji敵di,很hen好hao區qu分fen,是shi朋peng友you就jiu沒mei幹gan過guo對dui不bu起qi我wo們men的de事shi,是shi敵di人ren的de就jiu沒mei幹gan過guo對dui我wo們men好hao的de事shi,所suo以yi朋peng友you拉la入ru組zu織zhi優you厚hou待dai遇yu,是shi敵di人ren則ze幹gan淨jing利li落luo的de消xiao滅mie之zhi。高gao山shan之zhi側ce必bi有you深shen穀gu,一yi個ge優you點dian必bi然ran伴ban隨sui著zhe一yi個ge缺que點dian,切qie比bi雪xue夫fu濾lv波bo器qi的de缺que點dian是shi在zai通tong帶dai頻pin率lv的de末mo端duan部bu分fen,放fang大da倍bei數shu會hui有you較jiao強qiang的de波bo動dong,即ji在zai通tong帶dai內nei,隨sui著zhe頻pin率lv的de變bian化hua,放fang大da倍bei數shu雖sui然ran比bi濾lv除chu頻pin段duan大da了le很hen多duo,但dan對dui通tong帶dai內nei的de頻pin率lv,其qi放fang大da倍bei數shu並bing不bu是shi保bao持chi穩wen定ding不bu變bian的de,就jiu是shi說shuo,朋peng友you們men的de情qing緒xu並bing不bu穩wen定ding,也ye不bu是shi所suo有you朋peng友you都dou一yi如ru既ji往wang的de付fu出chu幫bang助zhu。(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)。
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-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(chu)20dB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。
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