电磁兼容之滤波器篇

电磁兼容及电源滤波器概述近年来，电磁干扰问题越来越成为电子设备或系统中的一个严重问题，电磁兼容技术已成为许多技术人员和管理人员十分重视的内容。

原因是：1.电子设备的密集度已成为衡量现代化程度的一个重要指标，大量的电子设备在同一电磁环境中工作，电磁干扰的问题呈现出前所未有的严重性；2.现代电子产品的一个主要特征是数字化，微处理器的应用十分普遍，而这些数字电路在工作时，会产生很强的电磁干扰发射。

不仅使产品不能通过有关的电磁兼容性标准测试，甚至连自身的稳定工作都不能保证；3.电磁兼容标准的强制执行使电子产品必须满足电磁兼容标准的要求；4.电磁兼容性标准已成为西方发达国家限制进口产品的一道坚固的技术壁垒。

入世后，这种技术壁垒对我们的障碍会更大。

一电磁兼容概述电磁兼容定义（Electromagnetic Compatibility即EMC）国军标（GJB72-85）中给出电磁兼容的定义是：“设备（系统、分系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。

即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其它设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其他设备（系统、分系统）因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。

”名词解释：电磁骚扰Electromagnetic disturbance：——任何可能引起装置、设备或系统性能低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。

注：电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化”。

（EMI）电磁干扰Electromagnetic interference :——电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降”。

从直流到300GHZ。

（RFI）射频干扰 Radio frequency interference:——不需要的无线电噪声（广播）频率在 10KHZ---1000MHZ。

（EMP）电磁脉冲Electromagnetic pulse:——宽带高密度瞬变现象，如闪电、核爆炸。

（ESD）静电放电Electrostatic discharge:——由静电磨擦产生的瞬变现象。

二电磁兼容标准概述2．1电磁兼容标准可以分为四级1）基础标准——涉及EMC术语、电磁环境、EMC测量设备规范和EMC测量方法。

是编制其它各级EMC标准的基础。

2）通用标准——给通用环境中的所有产品提出一系列最低的电磁兼容性要求。

通用标准给出的试验环境、试验要求可以成为产品类标准和专用产品标准的编制导则。

3）产品类标准——根据特定产品类别而制订的电磁兼容性能的测试标准。

它包含产品的电磁骚扰发射和产品的抗扰度要求两方面的内容。

4）专用产品标准——通常不单独形成电磁兼容标准，而以专门条款包含在产品的通用技术条件中。

专用产品标准对电磁兼容的要求与相应的产品类标准相一致，在考虑了产品的特殊性后，可增加试验项目和对电磁兼容性能要求作某些改变，对产品的电磁兼容性要求更加明确。

2．2电磁兼容标准的内容我们的产品是解决传导干扰的主要工具。

CE——传导发射 CS——传导敏感度 RE——辐射发射 RS——辐射敏感度2．3能量传播的途径电磁能量从设备内传出或从外界传入设备的途径只有两个，一个是以电磁波的形式从空间传播，另一个是以电流的形式沿导线传播。

因此，电磁干扰发射可以分为:传导发射和辐射发射；敏感度也可分为传导敏感度和辐射敏感度。

各种电磁兼容标准测试的内容包括:传导发射、辐射发射、传导敏感度、辐射敏感度。

三 电磁兼容问题三要素3．1电磁骚扰源：任何形式的自然或电能装置所发射的电磁能量，能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使其它设备、分系统或系统发生电磁危害，导致性能降级或失效，即称为电磁骚扰源。

3．2耦合途径：即传输骚扰的通路或媒介。

3．3敏感设备（Victim ）：是指当受到电磁骚扰源所发出的电磁能量的作用时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危害，导致性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。

许多器件、设备、分系统或系统既是电磁骚扰源又是敏感设备。

系统要发生电磁兼容性问题，必须存在三个因素，即电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。

所以，在解决电磁兼容问题时，要从这三个因素入手，对症下药，消除其中某一个因素，就能解决电磁兼容问题。

四 解决干扰问题的一般途径电磁兼容可通过将干扰抑制于扰乱电子系统或子系统正常工作的电平以下来实现，这种兼容一般通过采用滤波器及将元件或设备屏蔽而获得。

图中给出了一个EMI 发射机/受感器系统干扰耦合路径的示例。

图中发射机代表一个产生噪声的系统或分系统，受感器代表一个对发射敏感的噪声系统或分系统。

在现实世界中，一个系统或分系统可以被模拟为一个发射机或受感器，虚线表示辐射干扰，实线表示传导干扰，箭头表示发射或传导耦合方向。

A 线表示发射机通过辐射途径直接耦合到受感器的干扰。

B 线表示互连电缆也可作为噪声辐射发射机。

C 线表示互连电缆可作为受感器对由辐射引起的噪声产生响应。

D 线代表互连电缆间发生的串扰，一根导线上的噪声可通过电容或电感耦合到其它导线上。

干 扰 源 干扰源耦合路径 干扰源敏感设备干扰源由此可见，起初由辐射发射引起的噪声通过场至线的耦合，在受感器系统中可表现传导响应。

五滤波器概述即使对一个经过很好设计并且具有正确的屏蔽、接地措施的产品，仍然会有传导干扰发射或传导干扰进入产品。

当传导发射（CE）不合格时，由于天线效应，设备的辐射发射（RE）也可能不合格。

为了满足EMC标准规定的CE和CS（传导敏感度）极限值要求，使用EMI滤波器是一种好方法。

通常要采用某种形式的滤波以降低电源线及信号线的发射，滤波器衰减决定于源及负载阻抗。

即若滤波器与源、负载阻抗不匹配，将会产生最小的传输信号（EMI）功率。

另外还要考虑电磁干扰是共模还是差模。

共模是指两导体上的对地参考噪声电压，差模是指一个导体相对另一个导体的电压，一般情况下两种电磁干扰都需要衰减。

5．1 滤波器的作用在电磁屏蔽技术中我们已经知道，任何直接穿透屏蔽体的导线都会造成屏蔽体的失效。

在实际中，很多出现屏蔽问题的机箱（机柜）就是由于有导体直接穿过屏蔽箱而导致电磁兼容试验失败，这是缺乏电磁兼容经验的设计师感到困惑的典型问题之一。

解决这个问题的有效方法之一是在电缆的端口处使用滤波器，滤除电缆上不必要的频率成份，即可以减小电缆产生的电磁辐射，也可以防止电缆上感应到的环境噪声传进设备内部。

概括的说：滤波器的作用是仅允许工作必须的信号频率通过，而对工作不必要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小为最少。

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，就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，安装在信号线上的滤波器称为信号线干扰滤波器。

之所以这样划分，主要是两者除了都有对电磁干扰有足够大的抑制作用外，分别还有一些特殊的考虑：信号滤波器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。

电源滤波器除了要保证满足滤波的要求外，还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）。

5．2滤波器的基本原理:滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成，它允许有用信号的电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。

由于干扰信号有差模和共模两种，因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。

其基本原理有三种:A）利用电容通高频隔低频的特性，将火线、零线高频干扰电流导入地线（共模），或将火线高频干扰电流导入零线（差模）；B）利用电感线圈的阻抗特性，将高频干扰电流反射回干扰源；C）利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性，针对某干扰信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可。

5．3干扰滤波器的种类根据要滤除的干扰信号的频率与工作频率的相对关系，干扰滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等种类。

低通滤波器是最常用的一种，主要用在干扰信号频率比工作信号频率高的场合。

如在数字设备中，脉冲信号有丰富的高次谐波，这些高次谐波并不是电路工作所必需的，但它们却是很强的干扰源。

因此在数字电路中，常用低通滤波器将脉冲信号中不必要的高次谐波滤除掉，而仅保留能够维持电路正常工作最低频率。

电源线滤波器即是低通滤波器（我们BCT公司产品主要是低通滤波器），它仅允许50Hz 的电流通过，对其它高频干扰信号有很大的衰减。

常用的低通滤波器是用电感和电容组合而成的，电容并联在要滤波的信号线与信号地之间（滤除差模干扰电流）或信号线与机壳地或大地之间（滤除共模干扰电流）电感串联在要滤波的信号线上。

按照电路结构分，有单电容型（C型），单电感型，L型和反Γ型，T型，π型。

高通滤波器用于干扰频率比信号频率低的场合，如在一些靠近电源线的敏感信号线上滤除电源谐波造成的干扰。

带通滤波器用于信号频率仅占较窄带宽的场合，如通信接收机的天线端口上要安装带通滤波器，仅允许通信信号通过。

带阻滤波器用于干扰频率带宽较窄，而信号频率较宽的场合，如距离大功率电台很近的电缆端口处要安装带阻频率等于电台发射频率的带阻滤波器。

不同结构的滤波电路主要有两点不同：1．电路中的滤波器件越多，则滤波器阻带的衰减越大，滤波器通带与阻带之间的过渡带越短。

2．不同结构的滤波电路适合于不同的源阻抗和负载阻抗，它们的关系应遵循阻抗失配原则。

但要注意的是，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），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的工作状态有关，再加上电路阻抗在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。

5．4电源线上干扰的类型:电源线上的干扰电流按照其流动路径可以分为两类: 一类是差模干扰电流，另一类是共模干扰电流。

差模干扰电流是在火线和零线之间流动的干扰电流，共模干扰电流是在火线、零线与大地(或其它参考物体)之间流动的干扰电流，由于这两种干扰的抑制方式不同，因此正确辨认干扰的类型是实施正确滤波方法的前提。

共模干扰一般是由来自外界或电路其它部分的干扰电磁波在电缆与“地”的回路中感应产生的，有时由于电缆两端的接“地”电位不同，也会产生共模干扰。

它对电磁兼容的危害很大，一方面，共模干扰会使电缆线向外发射出强烈的电磁辐射，干扰电路的其它部分或周边电子设备；另一方面，如果电路不平衡，在电缆中不同导线上的共模干扰电流的幅度、相位发生差异时，共模干扰则会转变成差模干扰，将严重影响正常信号的质量，所以人们都在努力抑制共模干扰。