EMP电源滤波器原理和应用

ｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ
ｏｆ ｈｉｇｈｅｒ ｏｒｄｅｒ ｍｏｄｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ ＴＥＭ ｅｅＨｓ们．
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｅｌｅｃｔｍｍａｇ
Ｃｏｍｐａｔ，２００８，５０ｃ２）＇Ｐａｒｔ ２：４１６－－４１９．
ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ
ａ
【１２】Ｄ
Ａ
Ｈｉｌｌ，Ｊ
Ａ
Ｗａｌｓｈ．Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ
．
。
和ｃ｛Ｉ构成差模滤波电路；ｃＩＩ一般选毫法值，不仅要承受 额定交流电压外，还叠加各种交流高次杂波（ＥＭＩ峰值电 压），选择能够承受ｘ２等级电压的电容应用于ＥＭＰ滤
●一＝Ｖ
波器，己。和如，反向绕在铁氧体上的，通常选用金属粉
压磁性铁氧体，它在大电流下电感下降较少，不易饱和。 另外，由Ｒ。、Ｒ：、Ｌｃ、Ｃ．、ｃ‘２，及公共地构成构成共模滤波 电路。一般Ｇ。和ｃ０为几纳法，不能太大，需有足够安全 余量，否则于壳体地连在一起有漏电电流过大的危险；Ｌ。 为几毫亨，同向绕在一个铁氧体上，抑制共模噪声。
ＴＥＭ
ｃｅｌｌ【ＪＪ．
Ｊ Ｍｉｅｍｗ Ｐｏｗｅｒ，１９８３，ｌ ８（４）：３２５—３３０．
图２基于ＥＭＰ电源滤波器（照片来自ＥＴＳ—Ｕｎｄｇｒｅｎ）
【１３】Ｓｈａｏｗｅｉ
Ｄｅｎｇ，Ｄ Ｐｏｍｍｅｒｅｎｋｅ，Ｔ Ｈｕｂｉｎｇ，ｅｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｆｏｒ Ｈｉｇｈ
ａ１．Ｍｏｄｅ
Ｓｕｐ—
ｐｒｅｓｓｅｄ ＴＥＭ Ｃｅｌｌ
ＥＭＰ电源滤波器的特性要求 放电时间 全载下最大 温度上升 全载工作温 度范围 在２５０Ｖ
５０ Ｈｚ
测试直流 电压
绝缘电阻
＞１００Ｍｎ
放电电阻
峰值浪涌 电流
泄漏电流 ＜１０％额定 电流
（在放电电 阻前）
内置于每线 和外壳之间
＜３０
Ｓ
２５℃
一２５—６５℃
７０
ｋＡ（８ ｕｓ）
表２ 输入脉冲幅度
２５０ Ａ ５００ Ａ １ ０００ Ａ ｌ ８００ Ａ ２ ５００ Ａ
【１０】Ｒ
Ｌｏｒｃｈ．Ｇ Ｍｏｎｉｅｈ．Ｍｏｄｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ＇ＩＴＥＭ
ｅｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｉｎｔ Ｓｙｒｕｐ Ｅｌｅｃｔｍｍａｇｎ Ｃｏｍｐａｔ，Ａｕｇ １ ９９６． Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ：ＩＥＥＥ，１９９６：４０－４２．
【ｌｌ】Ｓ
Ｄｅｎｇ，Ｄａｖｉｄ Ｐｏｍｍｅｒｅｎｋｅ，Ｔｏｄｄ Ｈｕｂｉｎｇ．Ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎ—
’表１ 额定交流 电压
０—２７７／４８８ Ｖ ５０，６０ Ｈｚ ２ ２５０Ｖ
１８８—１２５一ｌ＆２规定了高空电磁脉冲下Ｃ４Ｉ设施的相关测 试和要求，见表１和表２；国内也有类似的标准，如军标
ＧＪＢ一１ ３８９Ａ一２００５．ＧＪＢ一１ ５ １ Ａ／１ ５２Ａ一１ ９９７。ＥＭＰ电源滤波
器是其中重要的电子系统部件，必须满足以上标准。
编辑：安皓Ｅ—ｍａｌｌ：¨ｈ∞＠ｏ∞ｉ．ａｃ．ｃｎ
２０１２年第５期安全与电磁兼容
万方数据
・ＰＲＯＤＵＣ＇１１ ＩＮ ７ＦＲＯＤＵＣ…Ｉ ＩＯＮ・
磁干扰（ＩＥＭＩ）技术和标准国际上主要有ＩＥＣ ６１０００系列 标准。ＩＥＣ一６１０００—２—１３定义了ＩＥＭＩ的相关要求；美军标 准ＭＩＬ－ＳＴＤ－４６４Ｃ，ＭＩＬ－ＳＴＤ一４６１ Ｆ规定了相关系统和测 试设备在高电磁环境的子系统和设备要求；Ｍ１１．一ＳＴＤ一
ＭＩＬ－ＳＴＤ－１８８—１２５—１＆２的注入电流和残余电流要求（２０／５００ ｒｔｓ） 按ＭＩＬ－ＳＴＤ一１８８—１２５要求的残余电流和滤波器允许通过的残余电流
＋
＜１０ Ａ ＜ｌＯ Ａ ＜ｌＯ Ａ ＜１０ Ａ ＜ｌＯ Ａ
目前ＥＭＰ研究方面美国在世界占有领先的地位，大 部分标准来源于美国的研究。，在不同电压和工作频率下
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＣ
Ｍｅａｓｕｒｅ—
ＥＭＰ电源滤波器不仅要满足常规滤波器性能指标， 其宽频带的插入损耗（对称和非对称模式下）、漏电流、耐
ｍｅｎｔｓ［ＣＭＥＥＥ Ｓｙｒｕｐ
ｉ：ＩＥＥＥ，２００７：ｌ一６．
Ｅｌｅｅｔｍｍａｇ Ｃｏｍｐａｔ．Ｈｏｎｏｌｕｌｕ．Ｈａｗａｉ—
高电压和高电流等性能也要满足更高的指标。ＥＭＰ电源
ＳＡＦＥＴＹ＆ＥＭＣ
ＮＯ ５ ２０１２
万方数据
●“Ｖ
１００ ｄＢ，１４
ｋＨｚ～１０ＧＨｚ损耗达１００ｄＢ。ＥＭＰ电源滤波器
还需要高脉冲电流注入试验来评估耐高电流性能。 ＥＭＰ电源滤波器的安装注意事项和常规滤波器一 样，但以下方面应该更加重视：如要尽量避免使用长接地 线；电源滤波器不能存在电磁耦合路径；不能将线缆捆扎 在一起；电源滤波器输入线、输出线必须拉开距离；电源 滤波器外壳与机箱壳必须良好接触。
・，浪舳介绍・
ＥＭＰ电源滤波器原理和应用
Ｐｒｉｎｃｉｐａｌｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ ＥＭＰ
北京凌昆电磁技术有限公司
肖疆
１应用背景介绍
电磁脉冲（ＥＭＰ）是一种突发的、宽带频谱的电磁辐 射高强度脉冲，它覆盖的频段可以从几兆赫兹到几百吉 赫兹，常规的电磁兼容电源滤波器很难在这个环境下达 到高性能的工作要求。目前国际上和这个相关的研究技 术或领域有：瞬态电磁脉冲发射监测技术、敏感房间信息 设施、高空电磁脉冲和有意电磁脉冲。本文重点介绍在 对于ＥＭＰ电源滤波器．这些元件的选用非常重要， 干扰信号在时域幅度变化大，要考虑到足够抗大电压、大 电流和ＥＭＰ宽频响应（１４
采用ＤＥＲＭ提取的介质损耗，该仿真结果与实际测试值 最相近。对于三种测试载体，在５ ＧＨｚ以上时，与实际相 差均不超过Ｏ．１ ｄＢ；在５ ＧＨｚ以下时，ＳＴＤ粗糙度的仿真 结果与实际相差不超过Ｏ．３ ｄＢ，ＶＬＰ和ＨＶＬＰ的仿真结 果与实际相差不超过０．５
ｄＢ。
圈２带状线插入损耗的仿真截面图
和材料都是一致的。在此模型中仅考虑了ＴＥＭ的传播模 式，这可能会影响建模的精度。该模型中的所有导体都是 完全光滑的，材料设置为铜，电导率为５．８×１０７ Ｓ／ｍ。电介
Ｏ八Ｖ，
３产品和其性能指标
关于电磁脉冲（ＥＭＰ）／高空电磁脉冲（ＨＥＭＰ）／有意电
（上接第１００页）
劓蒲导体
质层（实际中研究的是玻璃纤维填充环氧树脂）的参数是 通过ＤＥＲＭ方法得到的随频率变化的列表数据。“粗糙 电介质”部分是用有耗非色散材料进行建模的，根据不同 粗糙度的金属箔，此部分的介电常数分别设置为：
（上接第８３页）
【９】ＬＣａｒｂｏｎｉｎｉ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ
ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ
ａ
ＷＴＥＭ
ｃｅｌｌ
ｗｉｔｈ Ｔｒａｎｓ
ｓｔａｎｄａｒｄ ＴＥＭ ｃｅｌｌｓ ｆｏｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ＥＭ
ｏｎ
ｆｉｅｌｄｓ［Ｊ１．ＩＥＥＥ
Ｅｌｅｅｔｒｏｍａｇ
Ｃｏｍｐａｔ，１９９３，３５（２）：２５５—２６３． ｃｅｌｌｓ【Ｃｌ／／Ｐｒｏ—
瓣４８．５＿ｊ１８．４，
８，ｎｒ＝３３．１－５４．９７， ｓＭ产２８．９－ｊ１．７３。 通过对单位长度带状线插入损耗ｓ２．的仿真结果分 析可知，当没有“粗糙电介质”存在时，普通的介质基体仅 存在（用ＤＥＲＭ提取的）介质损耗，该仿真结果比实际测 试的损耗小很多。当加上“粗糙电介质”层时，纯介质部分
∥
“粗糙电介质”Ｌ
编辑：王淑华Ｅ—ｍａｉｈｗａｎｇｓｈ＠ｃｅｓｉ．∞．ｃｎ
使用的电源滤波器需要不同的设计。图２是一批 ＥＴＳ—Ｌｉｎｄｇｒｅｎ公司基于美国标准的ＥＭＰ应用的电源滤 波器，这些滤波器经过了美国第三方实验室按照
ＭＩＬ－ＳＴＤ一１８８—１２５一Ｉ＆２，ＥＭＰ—ＳＯＰ一１０５０，１１ＥＭＥ２０００ＴＤ
０２
９
等大电流注入测试，并在韩国、印度军方以及美国波音公 司等大项目中得到了应用。
滤波器需要在不同负载模式下进行插入损耗的测试，满 足１０。１４ ｋＨｚ间滤波器插入损耗从６０ ｄＢ线性提高至
【１４】Ｊ Ｊｉｎ．１１１ｅ
２ｎｄ
Ｆｉｎｉｔｅ
Ｅｌｅｍｅｎｔ
Байду номын сангаас
Ｍｅｔｈｏｄ
ｉｎ
Ｅｌｅｃｔｍｍａｇｎｅｔｉｃｓ．
ｅｄ【ＭＩ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｗｉｌｅｙ．２００２． 编辑：王淑华Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｓｈ＠ｔ．ｅｓｉ＿ａｃ．ｃｎ
ｋＨｚ一４０ＧＨｚ
图１
电源滤波器的原理图
强电磁环境中应用的一类新电源滤波器——ＥＭＰ滤波
器的工作原理和重要性能指标。
ｏ为了应对高强
度干扰，需要在很低频率就有很大的插入损耗，如起始最
２
ＥＭＰ电源滤波器的工作原理
图１是电源滤波器的原理图，其中，Ｒ。Ｒ：，和乙．，ｋ
低频率从１５０ ｋＨｚ变为１４
ｋＨｚ。
为了让电源滤波器能够应用到更高的ＥＭＰ系统中 （如电流峰值高达７０ ｋＡ），在输入电路中使用高瞬态信 号抑制器让脉冲电流旁路，这个高瞬态脉冲抑制器常选 用：电涌放电器（ＥＳＡ）和金属氧化物压敏电阻（ＭＯＶ）等。 ＥＴＳ—Ｌｉｎｄｇｒｅｎ的ＥＭＰ电源滤波器对各个电路元件进行 验证，如宽频带穿芯电容、高性能电感及可保持电源功率 稳定的高瞬态脉冲抑制器件。