1、第05章电磁兼容滤波器设计第05章电磁兼容滤波器设计电磁兼容滤波器设计How to design the filters of EMC/EMI第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计学习要点与要求学习要点：学习要点：电磁干扰滤波器工作原理与分类电磁干扰滤波器工作原理与分类常用滤波器元件常用滤波器元件滤波器的选用与安装滤波器的选用与安装学习要求：学习要求：熟悉并掌握滤波器工作原理和分类；熟悉并掌握滤波器工作原理和分类；掌握电磁干扰的分类；掌握电磁干扰的分类；初步了解常用滤波器元件和正确的选用与安装初步了解常用滤波器元件和正确的选用与安装第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计第05章 章节内容51、
2、干扰的分类、干扰的分类52、电磁干扰滤波器、电磁干扰滤波器53、常用滤波器元件、常用滤波器元件54、滤波器的选用和安装、滤波器的选用和安装第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计5.1 干扰的分类干扰的分类 干扰信号对电器设备的正常工作产生程度不同的影响，干扰信号对电器设备的正常工作产生程度不同的影响，是通过对电器设备的电路进行干扰的。是通过对电器设备的电路进行干扰的。其实是通过在这些电路的控制信号、通信信号或者其其实是通过在这些电路的控制信号、通信信号或者其他有用信号中产生不利于其正常工作的噪声来干扰的。他有用信号中产生不利于其正常工作的噪声来干扰的。噪声的类型通常按照噪声产生的原因、噪声传导
3、模式、噪声的类型通常按照噪声产生的原因、噪声传导模式、噪声波形的性质的不同来分类的。噪声波形的性质的不同来分类的。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计1、噪声产生的原因分类、噪声产生的原因分类1）、放电噪声：）、放电噪声：2）、高频振荡噪声：）、高频振荡噪声：3）、浪涌噪声：）、浪涌噪声：雷电、静电、开关闭合、电动机电刷跳动等放电产生的噪声；雷电、静电、开关闭合、电动机电刷跳动等放电产生的噪声；中高频电弧炉、感应电炉、开关电源、中高频电弧炉、感应电炉、开关电源、AC-DC变换器等产生高频振荡时产生的噪声；变换器等产生高频振荡时产生的噪声；AC电动启动电流、变频器开关导通、电炉合闸等产生的涌浪
4、电流引起的噪声。电动启动电流、变频器开关导通、电炉合闸等产生的涌浪电流引起的噪声。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计2、传导模式分类的噪声、传导模式分类的噪声1）、差模噪声）、差模噪声 或称线间感应噪声或对称噪声；（串模噪声、常模噪或称线间感应噪声或对称噪声；（串模噪声、常模噪声、横向噪声）。声、横向噪声）。ININISISR受受干干扰扰设设备备NoiseUN 干扰电流干扰电流 IN（IDM)在信号和信号地线间的回路中感应出来在信号和信号地线间的回路中感应出来的。电流小，往往时电网上其他电源发出的或者是感性负载的。电流小，往往时电网上其他电源发出的或者是感性负载通断时产生的。这种噪声一般难
5、以除掉。通断时产生的。这种噪声一般难以除掉。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计差模噪声的产生示意图差模噪声的产生示意图差模电流示意图差模电流示意图IDM差模电流产生差模电流产生 电网中电感性开关电网中电感性开关的通断，会产生差模的通断，会产生差模的脉冲干扰。的脉冲干扰。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计2）、共模噪声）、共模噪声 或称地间感应噪声或不对称噪声（纵向噪声）或称地间感应噪声或不对称噪声（纵向噪声）；ICM/2ICM/2ISISR受受干干扰扰设设备备UNNoiseUNICM噪声侵入线路和地线之间：噪声侵入线路和地线之间：（1）外界磁场感应）外界磁场感应（2）电缆两端电位不同）
6、电缆两端电位不同（3）电缆与大地间电位差）电缆与大地间电位差特点：这个共模电流特点：这个共模电流ICM很大，很大，对电电路本身不影响，但对对电电路本身不影响，但对其他设备影响大。其他设备影响大。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计共模噪声产生图示共模噪声产生图示共模电流示意图共模电流示意图ICM共模电流产生共模电流产生1VICM共模电流产生共模电流产生2VICM共模电流产生共模电流产生3空间的电磁波（通信、雷达、雷空间的电磁波（通信、雷达、雷电等）在电缆上感应出共模干扰。电等）在电缆上感应出共模干扰。两台设备之间的地线两台设备之间的地线电位导致共模电流。电位导致共模电流。开关电源工作时，在电
7、源线上既会开关电源工作时，在电源线上既会在产生很强的共模干扰，也会产生在产生很强的共模干扰，也会产生很强的差模干扰。很强的差模干扰。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计3）共模噪声转化为差模噪声）共模噪声转化为差模噪声12NZ1Z2LIN1IN2UN2UNUN1INZ1Z2Z1Z2通常：输出通常：输出/输入输入线与大地或者机壳之间发生的噪声是共模噪声、信号线受到静电感应时产生的噪声也属于共模噪声。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计3、噪声波形和性质分类、噪声波形和性质分类1）、持续正弦波）、持续正弦波2）、偶发脉冲电压波形）、偶发脉冲电压波形 多以频率、幅值等特征值表示，是一种典型的周期
8、噪声。多以频率、幅值等特征值表示，是一种典型的周期噪声。常见的为常见的为50Hz的工频噪声。这种噪声出现在直流电源上表现的工频噪声。这种噪声出现在直流电源上表现为纹波，出现在声音信号中，表现为惹人烦的交流声音，出为纹波，出现在声音信号中，表现为惹人烦的交流声音，出现在视频影像信号中，表现为横条干扰。现在视频影像信号中，表现为横条干扰。例如例如 多以最高幅值、前沿上升陡度、脉冲宽度以及能量多以最高幅值、前沿上升陡度、脉冲宽度以及能量等特征值表示。如雷击波、接点分断电感负载和静电等特征值表示。如雷击波、接点分断电感负载和静电放电等波形。此类噪声周期性不明显，在通信信号中，放电等波形。此类噪声周期性
9、不明显，在通信信号中，容易引起突发误码。容易引起突发误码。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计3、噪声波形和性质分类、噪声波形和性质分类 多以最高幅值、前沿上升陡度、单个脉冲宽度、脉冲序多以最高幅值、前沿上升陡度、单个脉冲宽度、脉冲序列持续时间等特征值表示。如接点分断电感负载和接点反复列持续时间等特征值表示。如接点分断电感负载和接点反复重燃过电压等。该类噪声呈现一定的周期性，能量较大，同重燃过电压等。该类噪声呈现一定的周期性，能量较大，同时也比较难以消除。时也比较难以消除。3）、脉冲列）、脉冲列噪声是一种能量，由干扰引起的。噪声是一种能量，由干扰引起的。要抑制它，减少或者消除对设备电路的干扰
10、，要抑制它，减少或者消除对设备电路的干扰，可以采用不同的滤波器。可以采用不同的滤波器。设计或者选用滤波器，摆在我们面前。设计或者选用滤波器，摆在我们面前。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计如：开关电源噪声如：开关电源噪声 50Hz的奇次谐波（的奇次谐波（1、3、5、7 。）开关频率的基频和谐波（开关频率的基频和谐波（1MHz以下差模为主，以下差模为主，1MHz以上共模为主）以上共模为主）第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计开关电源产生的噪声有两类：第一类：第一类：由于非线性产生的，为电源基频的奇次谐波。电磁兼容标由于非线性产生的，为电源基频的奇次谐波。电磁兼容标准对这种谐波发射的都有限制
11、。（准对这种谐波发射的都有限制。（GJB 151A中的中的 CE101）第二类：第二类：开关工作模式产生的，频率较低的成分以差模形式出现开关工作模式产生的，频率较低的成分以差模形式出现在电源输入线上，频率较高的成分以共模形式出现。共模噪在电源输入线上，频率较高的成分以共模形式出现。共模噪声是由于高频成份辐射产生的：声是由于高频成份辐射产生的：1、三极管与散热片之间的寄生电容，将三极管的开关噪声耦合导地线上；、三极管与散热片之间的寄生电容，将三极管的开关噪声耦合导地线上；2、脉冲回路产生的辐射感应导所有导线上；、脉冲回路产生的辐射感应导所有导线上；负载电流越大，或输入电压越低，则差模干扰越强；负
12、载电流越大，或输入电压越低，则差模干扰越强；共模干扰当输入电压最高时，最大，与负载无关。共模干扰当输入电压最高时，最大，与负载无关。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计5.2 电磁干扰滤波器电磁干扰滤波器0、引言、引言滤波器的作滤波器的作用用 滤波器的作用是仅允许工作必须的信号频率通过，而对滤波器的作用是仅允许工作必须的信号频率通过，而对工作不必须的信号频率有很大的衰减作用，这样就使产生干工作不必须的信号频率有很大的衰减作用，这样就使产生干扰的机会减为最少。扰的机会减为最少。通常在以下情况下需要对电路进行滤波处理：通常在以下情况下需要对电路进行滤波处理：高频系统中：为了抑制工作频带以外的任何
13、带外的高频系统中：为了抑制工作频带以外的任何带外的频率能量的干扰。频率能量的干扰。在信号电路中：为了消除频谱成分不同于有用信号在信号电路中：为了消除频谱成分不同于有用信号的干扰信号。的干扰信号。在电源电路、操纵电路、控制电路以及转换电路中：为在电源电路、操纵电路、控制电路以及转换电路中：为了消除沿这些电路的瞬态电流或电压脉冲的干扰。了消除沿这些电路的瞬态电流或电压脉冲的干扰。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计滤波技术滤波技术 在保证电磁兼容性中，屏蔽、接地起着在保证电磁兼容性中，屏蔽、接地起着非常重要的作用，它们和滤波一起，构成了非常重要的作用，它们和滤波一起，构成了对电磁干扰进行抑制的三
14、大技术。对电磁干扰进行抑制的三大技术。其中它们在对电磁干扰进行抑制的过程其中它们在对电磁干扰进行抑制的过程中分别起着不同的作用：中分别起着不同的作用：v屏蔽屏蔽主要是为了防护主要是为了防护辐射辐射干扰。干扰。v接地接地主要是为了防护主要是为了防护辐射辐射和和传导传导干扰干扰v滤波滤波则主要是为了则主要是为了防护传导干扰防护传导干扰。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计1、的工作原理的工作原理 允许有用信号的频率分量通过，同时又阻止其他干允许有用信号的频率分量通过，同时又阻止其他干扰频率分量通过。扰频率分量通过。信号滤波器信号滤波器电源滤波器电源滤波器 工作方式工作方式1：不让无用信号通过，还
15、把它们反射回信：不让无用信号通过，还把它们反射回信号源；工作方式号源；工作方式2：把无用信号在滤波器中消耗掉：把无用信号在滤波器中消耗掉。工作原理：工作原理：第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计信号滤波器信号滤波器电源滤波器电源滤波器 从电磁兼容的角度考虑，电源线也是一个穿过机箱的导从电磁兼容的角度考虑，电源线也是一个穿过机箱的导体，它对设备电磁兼容性的影响与信号线是相同的。因此电体，它对设备电磁兼容性的影响与信号线是相同的。因此电源线上必须安装滤波器。特别是近年来开关电源广泛应用，源线上必须安装滤波器。特别是近年来开关电源广泛应用，开关电源的特征除了体积小、效率高、稳压范围宽外，强烈开关电
16、源的特征除了体积小、效率高、稳压范围宽外，强烈的电磁干扰发射也是一大特征，电源线上如果不安装滤波器，的电磁干扰发射也是一大特征，电源线上如果不安装滤波器，没有可能满足电磁兼容的要求。没有可能满足电磁兼容的要求。安装在电源线上的滤波器称为电源线干扰滤波器，安装安装在电源线上的滤波器称为电源线干扰滤波器，安装在信号线上的滤波器称为信号线干扰滤波器。在信号线上的滤波器称为信号线干扰滤波器。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计电源线滤波器的基本电路共模扼流圈共模扼流圈差模电容差模电容共模电容共模电容共模滤波电容受到漏电流的限制共模滤波电容受到漏电流的限制第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计电源线滤
17、波器的特性损耗频率频率理想滤波器特性理想滤波器特性实际滤波器特性实际滤波器特性一般产品说明书上给出的数据是50条件下的测试结果。30MHz越来越受到关注越来越受到关注第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计2、电磁干扰滤波器的特征、电磁干扰滤波器的特征 电磁干扰滤波器是用于抑制干扰信号的，因此电磁干扰滤波器是用于抑制干扰信号的，因此有别与普通滤波器：有别与普通滤波器：1）足够的机械强度、安装方便、工作可靠。重量轻、）足够的机械强度、安装方便、工作可靠。重量轻、尺寸小、结构简单等。尺寸小、结构简单等。2）能够在大电流和大电压下长期工作，对有用信号消）能够在大电流和大电压下长期工作，对有用信号消耗小
18、，传输效率最大。耗小，传输效率最大。4）在工作频率范围内要有较高衰减率。）在工作频率范围内要有较高衰减率。3）干扰信号带宽宽（）干扰信号带宽宽（20Hz20GHz)，因此分析时用因此分析时用集总参数等效电路分析不适用。集总参数等效电路分析不适用。5）干扰源的不定性，可能导致滤波器出现饱和效应。）干扰源的不定性，可能导致滤波器出现饱和效应。6）电源系统的阻抗与干扰源的阻抗值变化范围大，比）电源系统的阻抗与干扰源的阻抗值变化范围大，比较难以找到固定的阻抗值，使其在阻抗匹配下工作。较难以找到固定的阻抗值，使其在阻抗匹配下工作。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计3、普通滤波器的主要特征、普通滤波器
19、的主要特征 滤波器是在进行电路和系统设计与分析的时候，要用到的滤波器是在进行电路和系统设计与分析的时候，要用到的非常重要的一种电路器件和模型。无论在数字电路还是在模拟非常重要的一种电路器件和模型。无论在数字电路还是在模拟电路中，都广泛地应用到了滤波器这个概念，以用来对不希望电路中，都广泛地应用到了滤波器这个概念，以用来对不希望出现的信号进行滤除或抑制。从而使电路系统达到较高的信噪出现的信号进行滤除或抑制。从而使电路系统达到较高的信噪比和最好的工作性能。比和最好的工作性能。在讨论滤波器的时候，通常要考虑它的一些特性：如额在讨论滤波器的时候，通常要考虑它的一些特性：如额定电压、额定电流、频率特性，
20、输入输出阻抗、插入损耗以定电压、额定电流、频率特性，输入输出阻抗、插入损耗以及传输频率特性等。其中最为重要的是滤波器的频率特性。及传输频率特性等。其中最为重要的是滤波器的频率特性。滤波器的频率特性滤波器的频率特性 是指滤波器抑制干扰能力的参数：如中心频率、是指滤波器抑制干扰能力的参数：如中心频率、截止频率、上升和下降斜率等参数。截止频率、上升和下降斜率等参数。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计插入损耗与传输特性插入损耗与传输特性插入损耗插入损耗传输特性传输特性=21lg20UUL in式中式中Lin：插入损耗，单位：插入损耗，单位：dBU1：接入滤波器后，信号源在负载上建立的电压。接入滤波
21、器后，信号源在负载上建立的电压。U2：不接入滤波器时，信号源在同一负载上建立的电压。不接入滤波器时，信号源在同一负载上建立的电压。)j()j(lg20ioUU衰减系数式中式中：信号的角频率信号的角频率Uo：滤波器输出信号。滤波器输出信号。Ui：滤波器输入信号。滤波器输入信号。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计滤波器的种类衰减高通高通衰减带通带通衰减带阻带阻衰减衰减低通低通3dB截止频率第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计滤波的实施滤波的实施 在对设备进行电磁干扰的滤波的实施时，主要从两在对设备进行电磁干扰的滤波的实施时，主要从两个方面进行。个方面进行。1、对干扰源实施滤波，是为了预防不希
22、望的电磁、对干扰源实施滤波，是为了预防不希望的电磁振荡沿与设备相连的任何外部连接线传播到设备；振荡沿与设备相连的任何外部连接线传播到设备；2、对敏感设备（接受设备）实施滤波，则就应该消、对敏感设备（接受设备）实施滤波，则就应该消除沿上述连接线作用在敏感设备上的干扰的影响。除沿上述连接线作用在敏感设备上的干扰的影响。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计4、滤波器的分类、滤波器的分类信号滤波器信号滤波器电源滤波器电源滤波器1 1）作用对象分类）作用对象分类信号滤波器：信号滤波器：安装在信号线上的滤波器称为信号线干扰滤波器。信号滤波器还要考虑滤波器不能对工作信号有严重的影响，不能造成信号的失真。电
23、源滤波器：电源滤波器：近年来开关电源广泛应用，开关电源的特征除了体积小、效率高、稳压范围宽外，强烈的电磁干扰发射也是一大特征，电源线上如果不安装滤波器，没有可能满足电磁兼容的要求。电源滤波器要注意当负载电流较大时，电路中的电感不能发生饱和（导致滤波器性能下降）。电源滤波器实际上是一种低通滤波器。通常是把50Hz和400Hz的低频电源功率传到设备电路，但是把经电源传输的干扰（骚扰）信号都大大抑制。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计2）抑制方式划分）抑制方式划分两大类：两大类：A反射式和反射式和B吸收式吸收式A反射式反射式 电容器和电感器组成，可以阻止无用信号通过，电容器和电感器组成，可以阻止
24、无用信号通过，把它们反射回信号源，常有带通、带阻、高通和低把它们反射回信号源，常有带通、带阻、高通和低通几种形式。通几种形式。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计B吸收式吸收式n 第第5节讨论的节讨论的LC滤波器是反射型滤波器，它的缺点是：当滤波器是反射型滤波器，它的缺点是：当它的信号不匹配时，有一部分的有用能量将被反射回信号它的信号不匹配时，有一部分的有用能量将被反射回信号源，从而导致干扰电平的增加。源，从而导致干扰电平的增加。n 此时若使用吸收型滤波器，则可以抑制不需要的能量使之此时若使用吸收型滤波器，则可以抑制不需要的能量使之转化为热损耗，而仍保证有用信号顺利传输。转化为热损耗，而仍保
25、证有用信号顺利传输。n 吸收型滤波器一般做成介质传输线形式，所用的介质可以吸收型滤波器一般做成介质传输线形式，所用的介质可以是铁氧体材料，也可以是其它损耗材料。是铁氧体材料，也可以是其它损耗材料。将不希望的信号吸收掉，达到滤波目的。常有将不希望的信号吸收掉，达到滤波目的。常有(1)有损耗滤波器、有损耗滤波器、(2)有源滤波器、有源滤波器、(3)电缆滤波电缆滤波器等。器等。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计(1)有损耗滤波器有损耗滤波器 基本原理：基本原理：采用高损耗材料系数或者高损耗角正切的电介质，把采用高损耗材料系数或者高损耗角正切的电介质，把高频电磁能量转化成热能。高频电磁能量转化成热
26、能。所用的介质可以是铁氧体材料，所用的介质可以是铁氧体材料，也可以是其它损耗材料。也可以是其它损耗材料。实际中采用铁氧体一类材料制成柔软的磁管，称为电实际中采用铁氧体一类材料制成柔软的磁管，称为电磁干扰磁管，可以在绝缘或者非绝缘的导通上滑动。由于磁干扰磁管，可以在绝缘或者非绝缘的导通上滑动。由于其没有饱和特性和谐波特性，所以可以在其没有饱和特性和谐波特性，所以可以在0Hz以上的所有频以上的所有频率范围内使用。率范围内使用。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计(2)有源滤波器有源滤波器 采用电路技术模拟电感和电容的特性，可制成有源滤采用电路技术模拟电感和电容的特性，可制成有源滤波器。波器。特点
27、：特点：功率大、体积小、重量小。可以有效地工作于很低的阻功率大、体积小、重量小。可以有效地工作于很低的阻抗量级（抗量级（1欧姆），在电源频率附近仍欧姆），在电源频率附近仍 有较好的调整特性。有较好的调整特性。有源滤波器有源滤波器1-电感滤波器：电感滤波器：用有源元件模拟电感线圈的频率特性，对干扰信号形成用有源元件模拟电感线圈的频率特性，对干扰信号形成一个高阻抗电路，称为有源电感滤波器。一个高阻抗电路，称为有源电感滤波器。有源滤波器有源滤波器2-电容滤波器电容滤波器:用有源元件模拟电容器的频率特性，将干扰信号短路到用有源元件模拟电容器的频率特性，将干扰信号短路到地，称为有源电容滤波器。地，称为有
28、源电容滤波器。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计有源滤波器有源滤波器3对消滤波器对消滤波器 一种能产生与干扰电流振幅相等、相位相反的电流，一种能产生与干扰电流振幅相等、相位相反的电流，能过高增益反馈电路把电磁干扰抵消掉的电路。如下图能过高增益反馈电路把电磁干扰抵消掉的电路。如下图所示。所示。误差放误差放大器大器陷波滤波器陷波滤波器AFC负载负载EMI交流电源交流电源用于抑制电源线路干扰的有源滤波器用于抑制电源线路干扰的有源滤波器第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计(3)电缆滤波器：电缆滤波器：电缆滤波器是将具有一定磁导率和电导率的柔性铁氧电缆滤波器是将具有一定磁导率和电导率的柔性铁氧体磁
29、心包在载流线上，然后在磁心上再密结一次磁导线，体磁心包在载流线上，然后在磁心上再密结一次磁导线，用来增加正常的集肤效应，提高对干扰的吸收作用。用来增加正常的集肤效应，提高对干扰的吸收作用。把上述的吸收型滤波器（一段损耗电缆）外面再加上把上述的吸收型滤波器（一段损耗电缆）外面再加上一层高压绝缘，就形成了一层高压绝缘，就形成了电缆滤波器。电缆滤波器。把上述的吸收型滤波器（一段损耗电缆）和反射型滤把上述的吸收型滤波器（一段损耗电缆）和反射型滤波器串接起来，就可以更好地抑制高频干扰。按照此方式波器串接起来，就可以更好地抑制高频干扰。按照此方式构成的滤波器，既有陡峭的频率特性，又有很高的阻带衰构成的滤波
30、器，既有陡峭的频率特性，又有很高的阻带衰减。减。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计电缆滤波的方法屏蔽盒屏蔽盒馈通滤波器馈通滤波器连接器连接器滤波连接器滤波连接器虽然是最佳虽然是最佳选择，但是选择，但是当空间允许当空间允许时，也可以时，也可以这样：这样：第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计小结：滤波器的基本形式小结：滤波器的基本形式n 滤波器的分类：滤波器的分类：v按滤波器的频率特性来分：按滤波器的频率特性来分：低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器v按滤波机理来分：按滤波机理来分：反射型滤波器反射型滤波器吸收型滤波器吸收型滤波器v按滤波器的形式来
31、分：按滤波器的形式来分：有有T型滤波器型滤波器 型滤波器型滤波器C型滤波器型滤波器L型滤波器型滤波器第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计滤波器的基本形式滤波器的基本形式Rs小小RL大大T形滤波器形滤波器Rs大RL大形滤波器RL大大L形滤波器形滤波器Rs小小Rs大大RL小小形滤波器形滤波器第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计5、常用反射式滤波器、常用反射式滤波器 滤波器可以由无源元件（滤波器可以由无源元件（R、C、L）或有源器件或有源器件组成。作为电路的传输网络不选择地阻止带外成分组成。作为电路的传输网络不选择地阻止带外成分的通过，完成滤波作用。的通过，完成滤波作用。带阻滤波器带阻滤波器带通
32、滤波器带通滤波器高通滤波器高通滤波器低通滤波器低通滤波器第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计1）、带阻滤波器）、带阻滤波器 对于特定窄频带内把电磁干扰的能量进行衰减的一种对于特定窄频带内把电磁干扰的能量进行衰减的一种滤波器。滤波器。3dB衰减（衰减（dB）c1c2带阻滤波器频率特性带阻滤波器频率特性截止频率截止频率第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计带阻滤波器的作用：带阻滤波器的作用：1）、在音频放大器输入端或级间连接端可以抑制混频振荡器）、在音频放大器输入端或级间连接端可以抑制混频振荡器或者中频的馈入，抑制雷达脉冲重复频率，外差振荡等；或者中频的馈入，抑制雷达脉冲重复频率，外差振荡等；2
33、）、在直流或者交流配线上，抑制计算机时钟波动。整流）、在直流或者交流配线上，抑制计算机时钟波动。整流纹波以及雷达脉冲重复频率；纹波以及雷达脉冲重复频率；3）、在接收机输入端抑制强的外干扰，否则这些干扰容易）、在接收机输入端抑制强的外干扰，否则这些干扰容易产生过载；产生过载；4）、在接收机输入端抑制中频输入干扰；）、在接收机输入端抑制中频输入干扰；5）、在接收机输入端抑制影像信号频率；）、在接收机输入端抑制影像信号频率；6）、在发射机输出端或级间连接可以抑制谐波。）、在发射机输出端或级间连接可以抑制谐波。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计2）带通滤波器）带通滤波器 带通滤波器与带阻滤波器相反
34、，把特定窄频带外的能带通滤波器与带阻滤波器相反，把特定窄频带外的能量抑制（衰减）的一种滤波器。量抑制（衰减）的一种滤波器。带通滤波器并接与干扰线和地线之间，以消除电磁干带通滤波器并接与干扰线和地线之间，以消除电磁干扰。通常用于信号频率仅占教窄的带宽的场合。扰。通常用于信号频率仅占教窄的带宽的场合。3dB衰减（衰减（dB）c1c2带通滤波器频率特性带通滤波器频率特性截止频率第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计3）、高通滤波器）、高通滤波器 用于从信号通道上用于从信号通道上滤除交流电流频率或抑滤除交流电流频率或抑制特定的低频外界信号制特定的低频外界信号的一种滤波器。的一种滤波器。c衰减（衰减（d
35、B）3dB截止频率截止频率高通滤波器频率特性高通滤波器频率特性 通常用在干扰信号通常用在干扰信号比设备正常工作信号频比设备正常工作信号频率低的场合，如一些靠率低的场合，如一些靠近电源线的敏感信号线近电源线的敏感信号线上消除电源谐波造成的上消除电源谐波造成的干扰。干扰。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计4）、低通滤波器）、低通滤波器 通常用在干扰信号通常用在干扰信号比设备正常工作信号频比设备正常工作信号频率低的场合，如数字设率低的场合，如数字设备中脉冲信号中丰富的备中脉冲信号中丰富的高次谐波干扰。高次谐波干扰。电源线滤波也是低电源线滤波也是低通滤波器。其典型的通滤波器。其典型的频率特性示意图
36、如右。频率特性示意图如右。c衰减（衰减（dB）3dB截止频率截止频率低通滤波器频率特性低通滤波器频率特性 在抗干扰技术中，使用的最多的就是低通滤波器在抗干扰技术中，使用的最多的就是低通滤波器:低通滤波器可以用于交流、直流电源线路，也可以用于放大低通滤波器可以用于交流、直流电源线路，也可以用于放大器电路和发射机输入和输出电路器电路和发射机输入和输出电路,低通滤波器具有衰减脉冲噪低通滤波器具有衰减脉冲噪声、尖峰噪声、减少谐波和其它杂波信号等功能。声、尖峰噪声、减少谐波和其它杂波信号等功能。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计6、低通滤波器（、低通滤波器（1）分类）分类RL大大T形滤波器形滤波器R
37、s小小Rs大大RL大大 形滤波器形滤波器RL大大L形滤波器形滤波器Rs小小Rs大大RL小小形滤波器形滤波器单电容型（单电容型（形）、单电感型（形）、单电感型（L形）、形）、T形、形、形形第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计1）电容滤波器）电容滤波器)()()(sIsUsACo传递函数：AsC1)()()(jIjUjACo频率特性：Cj1CA120)(20lglg对数幅频特性：Clg20CiC出出入入A)第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计讨论：讨论：频率升高，频率升高，2f，滤波器输出电压衰减逐渐增加，滤波器输出电压衰减逐渐增加，起到低通滤波的目的。起到低通滤波的目的。该低通滤波接在干扰源
38、线间可以衰减差模噪声；接在干该低通滤波接在干扰源线间可以衰减差模噪声；接在干扰源和地线间可以衰减共模噪声；接在扰源和地线间可以衰减共模噪声；接在PCB中的直流电源线中的直流电源线和地线间可以抑制电源噪声。和地线间可以抑制电源噪声。C1出出入入C2B）C1出出入入C2C3C）C)结构结合结构结合A和和B，主要把主要把噪声电流旁路入地。有效消除噪声电流旁路入地。有效消除共模噪声。共模噪声。B)结构表示电容中点接地，结构表示电容中点接地，主要把噪声电流旁路入地。有主要把噪声电流旁路入地。有效消除共模噪声。效消除共模噪声。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计2）电感滤波器）电感滤波器)()()(sI
39、sUsALL传递函数：sL)()()(jIjUjALL频率特性：LjLAlglg20)(20对数幅频特性：LLiLiLUOUi 显然显然：频率升高，频率升高，2f，电感两端电压电感两端电压UL升高，而电感串联在升高，而电感串联在线路中，因此滤波器输出线路中，因此滤波器输出UoUiUL将衰减，起到滤波效果。将衰减，起到滤波效果。A电感型滤波器输入输出频率特性电感型滤波器输入输出频率特性 电感滤波器中电感器元件：要求在负载电流情况下具有不饱和、温度系电感滤波器中电感器元件：要求在负载电流情况下具有不饱和、温度系数小和直流电阻低等特点。数小和直流电阻低等特点。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计讨
40、论：共模扼流圈共模扼流圈/不易饱和的磁心线圈不易饱和的磁心线圈ifif负载C)isis负载D)C图中共模扼流圈的绕线方图中共模扼流圈的绕线方向相反，线圈中负载电流方向向相反，线圈中负载电流方向也相反，所以形成磁场互相抵也相反，所以形成磁场互相抵消，显然不会磁饱和。同理，消，显然不会磁饱和。同理，出现差模噪声，其电流与负载出现差模噪声，其电流与负载电流一样也互相抵消，电感几电流一样也互相抵消，电感几乎不起作用。乎不起作用。D图中当出现共模噪声，两图中当出现共模噪声，两个线圈产生的磁通方向相同，个线圈产生的磁通方向相同，使电感作用加倍，从而对线路使电感作用加倍，从而对线路与地线间的共模噪声起到很强
41、与地线间的共模噪声起到很强的抑制作用。的抑制作用。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计3）、RC低通滤波器形形)()()(sUsUsAio传递函数：UiUORCsRCsCRsC1111；频率特性：RCjjA11)(2)(11)(RCA幅频关系：为上限截止频率归一化：取RCfh21；则：2)(11|)(|hffjA1f/f hA第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计RC低通滤波器形形)()()(sUsUsAio传递函数：UiUOCCRsRCsCRsC1111 由此可以看出由此可以看出形形与与L形形具有相同的传递函数，具有相同的传递函数，即相同的衰减系数。即相同的衰减系数。实际上，由于信号源不可
42、避免含有内阻，所有导致实际上，由于信号源不可避免含有内阻，所有导致型滤波器和信号源连接后。型滤波器和信号源连接后。R 相当于两级相当于两级L形形滤波器级联，这样对于滤波器特性滤波器级联，这样对于滤波器特性将大大改善。将大大改善。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计RC低通滤波器T形形)()()(sUsUsAio传递函数：UiUOCRRsRCsCRsC1111 由此可以看出由此可以看出T形形与与L形形具有相同的传递函数，具有相同的传递函数，即相同的衰减系数。即相同的衰减系数。实际上，这种滤波器常常用于负载阻抗很小的情况。因实际上，这种滤波器常常用于负载阻抗很小的情况。因为它要比应用为它要比应用
43、L形形或者或者形形滤波器时的负载电流小，减轻了滤波器时的负载电流小，减轻了信号源的负担。信号源的负担。RC滤波器：制造简单，价格便宜；体积小，同时对外滤波器：制造简单，价格便宜；体积小，同时对外界磁场变化敏感度也小；比较广泛用于信号传输线路中的噪界磁场变化敏感度也小；比较广泛用于信号传输线路中的噪声抑制。声抑制。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计4）、LC低通滤波器形形)()()(sUsUsAio传递函数：UiUOCLILCssRCsCRsLsC21111LCRCjjA211)(频率特性：222)()1(1)(RCLCA幅频关系：RCLCA222)1(20)(20lglg对数幅频特性：第五
44、章第五章第05章电磁兼容滤波器设计与RC滤波器比较：RC1令：时：在LC1RCLCA222)1(20)(20lglgRC2120lg0时：在LC1RCLCA222)1(20)(20lglgRCLC222)(20lg22)(20LClgLC220lgLC10再取：202)(则归一化：LC0lg40)(lg20A则：可见，可见，LC低通滤波器有更好的滤低通滤波器有更好的滤波性能。波性能。但是电感线圈但是电感线圈制造麻烦，不利于制造麻烦，不利于大规模生产，也不大规模生产，也不便于集成化和小型便于集成化和小型化，因此应用有较化，因此应用有较大的局限。大的局限。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计)(
45、)()(sUsUsAio传递函数：UiUOCLCI形形LCssRC211形与形与L形有相同的衰减系数。形有相同的衰减系数。同样，同样，形在连接了含有内阻的信号源，形成了一个形在连接了含有内阻的信号源，形成了一个RC和一个和一个LC滤波器级联，有效的改变了滤波特性。滤波器级联，有效的改变了滤波特性。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计)()()(sUsUsAio传递函数：UiUOCLLT型型LCssRC211 T形与形与L形也有相同形也有相同的衰减系数，即与之有的衰减系数，即与之有相同的滤波特性。相同的滤波特性。实际上，这种滤波器常常用于负载阻抗很小的情况。因实际上，这种滤波器常常用于负载阻抗
46、很小的情况。因为它要比应用为它要比应用L形形或者或者形形滤波器时的负载电流小，有效的滤波器时的负载电流小，有效的减轻了信号源的负担。减轻了信号源的负担。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计根据阻抗选用滤波电路 源阻抗源阻抗 电路结构电路结构 负载阻抗负载阻抗 高高 C、多级多级 高高 高高 、多级、多级 低低 低低 反反、多级反、多级反 高高 低低 L、多级多级L 低低 规律：电容对高阻，电感对低阻规律：电容对高阻，电感对低阻 要注意的是要注意的是：实际电路的阻抗很难估算，特别是在高频实际电路的阻抗很难估算，特别是在高频时（电磁干扰问题往往发生在高频）时（电磁干扰问题往往发生在高频），由于电
47、路寄生参数的，由于电路寄生参数的影响，电路的阻抗变化很大，而且电路的阻抗往往还与电路影响，电路的阻抗变化很大，而且电路的阻抗往往还与电路的工作状态有关，再加上电路阻抗不同的频率上也不一样。的工作状态有关，再加上电路阻抗不同的频率上也不一样。因此，在实际中，哪一种滤波器有效主要靠试验的结果确定。因此，在实际中，哪一种滤波器有效主要靠试验的结果确定。第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计7、低通滤波器（低通滤波器（2）结构选择）结构选择 根据实际系统信号源含有内阻，负载含有输入阻抗，根据实际系统信号源含有内阻，负载含有输入阻抗，因此在选择低通滤波器时的电路结构常用：因此在选择低通滤波器时的电路结构
48、常用：RL小小T形滤波器形滤波器Rs小小RL大大Rs大大 形滤波器形滤波器Rs大大RL小小L形滤波器形滤波器RL大大型滤波器型滤波器Rs小小第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计8、低通滤波器（低通滤波器（3）平衡结构与串联形式）平衡结构与串联形式对称结构：抑制共模干扰信号对称结构：抑制共模干扰信号UiUOR/2CR/2WHY?自行推导，并说明原因！自行推导，并说明原因！第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计串联结构（级联）：衰减系数大。串联结构（级联）：衰减系数大。UiUOC2C1R2R1I(s)I1(s)I2(s)()()(sUsUsAio传递函数：22112212211)(11CRCRs
49、CRCRCRs2221221121311;,TsTsTCRCRCRRR取：第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计131)(22TssTsATs2532,1 说明在某一频率下可能振荡！同时也得出两个独立的一说明在某一频率下可能振荡！同时也得出两个独立的一阶阶RC滤波器，级联后可以形成一个二阶网络。导致起频率滤波器，级联后可以形成一个二阶网络。导致起频率特性发生了变化。特性发生了变化。频率特性发生变化的根本原因是后级成立前级的负载！频率特性发生变化的根本原因是后级成立前级的负载！讨论：讨论：若使后级的若使后级的RC阻抗增大，对前级造成的负载效应忽略阻抗增大，对前级造成的负载效应忽略不计，则形成两个
50、独立的网络级联不计，则形成两个独立的网络级联（串联），分析如下：（串联），分析如下：第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计UiUOC/mCmRR后级阻抗为：后级阻抗为：222222221|CRmCmRmZm即后级阻抗为前级阻抗的即后级阻抗为前级阻抗的m倍。倍。网络级联分析网络级联分析:第五章第五章第05章电磁兼容滤波器设计推论：推论：3级或者更多级级联（串联）级或者更多级级联（串联）UiUO1C/mCmRRC/m2m2RUOUO2I1(s)I2(s)I3(s)RC=T3)()()11()(0TssAsUsUi160)()(lg2020TjUjUI2lg则：结论：结论：RC低通滤波器级联工作时，
