电源滤波器介绍

电源滤波器介绍

一、滤波器的概念

滤波器的作用就是允许有用频段中的信号尽可能无衰减地通过，而最大可能地抑制有用频段外的所有无用的干扰噪声。

按频带范围分类，滤波器可分为一下几种：

低通滤波器

带通滤波器

f

高通滤波器

带阻滤波器

f

从频率考虑，电源滤波器是一个很不理想的低通滤波器。

电源滤波器

f1f

f2

(10kHz)

从应用范围分类，滤波器可分为以下几种：

信号滤波器

电源滤波器

(单相、三相）

二、电源滤波器基本性能参数

额定电压:单相交流 250VAC(220VAC)

三相交流 440VAC(380VAC)

直流 100VDC

额定电流:0.5~几百A

工作频率: 50/60HZ(军品 400HZ)

测试电压:交流线~线 1450VDC 一分钟

线~地 1500VAC 一分钟

直流线~线 200VDC 一分钟

线~地 500VDC 一分钟

温度范围: -25℃~+85℃(军品一般要求-55℃~+85℃)

泄漏电流:0.5mA~5mA

滤波器泄漏电流是指在250VAC/50HZ的情况下,火线或零线与地线(滤波器外壳)之间流过的电流.

泄漏电流是电源滤波器的一个重要参数(多指交流电源滤波器),它的大小主要取决于连接在相线与地线和零线与地线之间电容(Y电容)的容量.

从插入损耗考虑,共模电容越大,电性能越好,此时,漏电流也越大.

但从安全方面考虑,泄漏电流又不能过大,否则不符合安全标准要求.尤其是一些医疗保健设备,要求泄漏电流尽可能小.因此,要根据具体设备要求来确定共模电容的容量.

根据各种电子设备具体要求的不同,安全标准对泄漏电流做出了不同的规定.泄漏电流的典型值为0.5mA~5mA.一般来讲,为了安全,医疗设备要求小的泄漏电流;屏蔽室滤波器和舫舱电源滤波器采用较大的泄漏电流,从而确保电源滤波器的性能.

泄漏电流测试电路如下图所示

泄漏电流测试电路

插入损耗:

滤波器的插入损耗是不加滤波器时从噪声源传递到负载的噪声电压与接入滤波器时负载上的噪声电压之比.插入损耗是衡量EMI 电源滤波器电性能的重要参数,用下式表示:

式中: Eo----不加滤波器时,负载上的干扰噪声电压 E ----接入滤波器后,同一负载上的干扰噪声电压

因此插入损耗又分为共模插入损耗和差模插入损耗,插入损耗的测试原理图如下图所示:

E

E IL 0

log 20

(a)共模测试电路

(b)差模测试电路

插入损耗测试电路

三、电源滤波器的典型原理电路

四、 电源滤波器的分析与设计

P

E P 'N

'

''P

N

E P 'N

'(a)单级共模电感滤波电路

(b)双级共模电感滤波电路

(c)双级共模一级差模电感滤波电路

N E

L1'L2'L3'N'

(d)三相四线一级共模电路

E

L1'L2'L3'

(e)三相三线一级共模电路

E

L1'L2'L3'

(g)三相三线一级共模一级差模电路

N E

L1'L2'L3'N'

(f)三相四线一级共模一级差模电路

１． 电路参数矩阵（转移矩阵［Ａ］）

常用的电路参数矩阵有：阻抗矩阵［Ｚ］，导纳矩阵［Ｙ］和转移矩阵［Ａ］。应用转移矩阵［Ａ］可以方便分析电源滤波器的插入损耗。

设有一二端口网络，输入端的信号对（U1，I1），输出端的信号对（U2，I2）

+-+

-

输入、输出信号对的关系可用下面线性方程组表示

)

1(2

222211.2122111I A U A I I A U A U +=+=

写成矩阵形式

[])2(,,22222221121111⎥⎦

⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡I U A I U A A A A I U

由（1）式可得到[]A 参数的定义式

)

3(0

2

12202

1210

21120

21

112222=====

=

==U I U I I I A U I A I U A U U A

转移矩阵[]A 具有方便级联的特点，设有n 个二端口网络级联，如下图所示

[][][][])4(2111⎥⎦

⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⋅⋅=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡n n n n n I U A I U A A A I U

式中

[][][][]

)5(21n A A A A ⋅⋅⋅=

２．基本电路单元的转移矩阵参数

对于单个串联器件的转移矩阵参数，如图所示

根据式

)1(2

222211.2122111I A U A I I A U A U +=+=

可得

1

10

2

1220

2

1210

21

120

21112222==

==

==

======U I U I I I A U I A Z

I U A U U A

即单个串联器件的转移矩阵为

[]⎥⎦

⎤

⎢

⎣⎡=10

1

Z A

对于单个并联器件的转移矩阵参数，如图所示

根据式

)

1(2

222211.2122111I A U A I I A U A U +=+=

可得

1

10

2

1

220

2

1

210

2

1

120

2

1112222======

==

====U I U I I I A Y

U I A I U A U U A

即单个并联器件的转移矩阵为