电磁干扰滤波技术

电磁干扰滤波技术

电磁干扰滤波技术

1.电源线上的干扰

如果用示波器观察一下电力电网，会发现50Hz的电压上叠加着各种各样的干扰电压，既有mV级的连续干扰，也有数百V甚至上千V的瞬态干扰。这些干扰对电网中的设备会产生不同程度的影响。这些干扰是从哪里来的呢？

我们可以将这些干扰分为自然干扰源和人为干扰源。典型的自然干扰源是雷电，空中发生雷电时，会伴随着强大的电磁场，电磁场会在空中的导体上感应出很高的电压，这就是干扰。雷电产生的干扰是如此之大，不仅能导致设备误动作甚至造成电路损坏。人为干扰源可以分为以下两种：

●功能性能量发射设备：这类设备靠发射能量工作，如无线电设备、雷达等，他们辐射到空间的能量会感应到电力线上，形成干扰。另外，这些设备也会通过电源线直接将能量泄漏到电网上。

●非功能性发射设备：这类设备不依靠发射能量实现特定功能。但它们工作时，会向外发射额外的电磁能量。与工业、医学上使用的高频仪器、信息处理设备、含马达的家用电器、使用可控硅的家用电器、开关电源等。这些设备在工作时会向空间和电网上发射电磁能量。

以往，当设备在干扰的作用下发生误动作时，人们往往会将注意力集中到提高设备抗干扰性上，想方设法使设备能够在干扰环境中正常工作。但这不是一个彻底的解决办法。就象人们意识到汽车尾气造成的污染会导致疾病，为了能够生存，虽然可以上街时戴上口罩，但这不是根本的解决办法。彻底的方法应该是控制尾气排放，形成一个良好的生存环境。

同样，对于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。另一方面，对于设备在电磁干扰环境中正常工作的能力也需要一个定量的规定，这就导致了电磁兼容标准的产生。国家现在已将电磁兼容标准作为强制性标准实施，不满足这些标准的产品不能销售。

电磁兼容标准（GB9254,GB4343,GJB151A等）的内容：

1. 干扰发射：辐射发射；传导发射

2. 敏感度：辐射敏感度；传导敏感度；静电放电敏感度

电磁兼容标准对设备提出两个方面的要求，首先不能向空间环境发射过强的电磁能量，其次要对环境中的电磁干扰有一定的耐受能力。

2.电源线滤波器的作用

很多人认为电源线滤波器的作用是使设备能够电磁兼容标准中对传导发射传导敏感度的要求，但这是不全面的；后面将看到电源线滤波器对抑制设备产生较强的辐射干扰方面也很重要。严格的说，电源线滤波器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，它允许直流或50Hz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通过电源线传到电网上，使设备满足传导发射的要求。

能够产生较强干扰的设备和对外界干扰敏感的的设备都要使用电源线滤波器。能够产生强干扰的的设备有：含有脉冲电路（微处理器）的设备、使用开关电源设备、使用可控硅设备、变频调速设备、含有马达的设备等。敏感电路如：使用微处理器的设备、小信号模拟电路等。

3.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。区分干扰电流是差模还是共模可以从三个方面进行判断：

a. 从干扰源判断：

雷电、设备附近发生的电弧、设备附近的电台和其它大功率辐射装置在电源线上产生的干扰是共模干扰；另外，如果发现电源线上的干扰是来自机箱内的线路板或其它电缆，则为共模干扰；这是因为通过空间感应在火线和零线上的干扰电流是同相位的。在同一电力线上工作的马达、开关电源、可控硅等会在电源线上产生差模干扰。

b. 从频率上判断

差模干扰的频率主要集中在1MHz以下，而共模干扰的频率一般分布在1MHz 以上。这是由于共模干扰是通过空间感应到电源线上的，这种感应只有在干扰信号频率很高时才容易发生。

c. 用仪器测量

如果有一台频谱分析仪和一只电流卡钳就可以进行测量。电流卡钳实际上是一个绕在磁芯上的线圈，当被测电缆穿过卡钳时，就形成了一个变压器；被测导体相当于变压器初级，卡钳中的线圈相当于变压器次级，电缆上的信号会耦合到卡钳中的线圈上，用频谱分析仪可以检测出来。

判断步骤如下：

●步骤一：将卡钳卡在火线或零线上，记录下某个感兴趣频率的干扰信号的强度l（f1）

●步骤二:将卡钳同时卡住火线或零线，若观察不到l（f1），则l（f1）完全是差模干扰，其中不含共模成份；，若还能观察到l（f1），则l（f1）中包含共模干扰成份，要判断是否仅含共模成份，需进行步骤三的判别。

●步骤三：将卡钳分别卡住火线或零线，若两根线上测得的l（f1）的幅度相同，则l（f1）仅含共模成份；若不相同，则l（f1）中还包含差模成份。

4. 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

50Hz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，因此电源滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。

地线一般是金属机箱，当设备机箱不是金属材料时，滤波器的地线一般与安全地相连；但由于安全地的阻抗很大，滤波器对共模干扰的衰减效果将大大降低。

5. 电源线滤波器的主要指标

当我们选用电源线滤波器时，应主要考虑三个方面的指标；首先是电压/电流，其次是插入损耗，最后是结构尺寸。由于滤波器内部一般是经过灌封处理的，因此环境特性不是主要问题。但是所有的灌封材料和滤波电容器的温度特性对电源滤波器的环境特性有一定的影响。

a）电压、电流对使用效果的影响

电源有交流直流之分，与此相对应，许多厂家的电源线滤波器也分为交流和直流两种。从原理上讲，交流电源线滤波器既可用在交流电源上，也可在直流电源上使用；但直流电源线滤波器不能用在交流的场合，这主要因为直流滤波器中的电容器的耐压较低，并且有可能其交流损耗较大，导致过热。即使直流滤波器耐压没有问题，由于直流滤波器中使用了容量较大的共模滤波电容器，如果在交流的场合会产生漏电流超标的问题。因此，直流电源线滤波器绝对不能用在交流的场合。交流滤波器用在直流场合，从安全的角度看没有问题，但要付出成本和体积的代价；在样机阶段，如果手头正好有交流滤波器，可以代替直流滤波器。

当电源线滤波器的工作电流超过额定电流时，不仅会造成滤波器过热，而且会导致滤波器的低频滤波性能降低。这是因为滤波器中的电感在较大电流的情况