EMI电力滤波器消除噪声 : ECN China

设定为首页

放入书籤

订阅印刷版

Monday, October 13, 2008

嵌入式系统

搜索:

产品信息搜索:

click here

Issue > Apr 2007 > 封面特写

杂志免费订阅

文章打印

Email给朋友

Sponsored Links

EMI电力滤波器消除噪声
[2007.4.1]
作者：Jon Titus，ECN资深技术编辑

电磁兼容性(EMC)标准规定了电力设备能把多少干扰“注入(inject)”到把它连接至电力干线的导线，为了把这类传导电磁干扰(EMI)保持在政府机构规定的限度内，工程师们依靠良好的设计方法和电源线路滤波器来进行设计。典型的滤波器为不需要的信号提供一条通向地的低阻抗路径，由此消除这些信号；或者它用高阻抗连接阻塞它们，并“迫使”它们进入阻抗更低的路径，需要的信号经过滤波器时有轻微的影响。

传导发射有两种形式——差模和共模。差模发射主要出现在一条输入电源线（火线或零线）上，而共模发射出现在两条输入电源线（火线和零线）上。一般而言，差分噪声发生在低于1MHz至2MHz，而共模噪声在更高的频率很常见，例如，电源通常需要差模发射滤波器，而电机驱动电路则需要共模滤波器。

每类噪声都需要自己的滤波器，如图1所示，差模滤波器为火线和零线连接提供独立的扼流圈。共模滤波器采用一个扼流圈磁芯，绕线方式使得火线和零线电路中的电流彼此抵消，并且不使磁芯材料饱和，商用滤波器和模块经常把两条滤波电路封装在一个封装内。

设计时便考虑滤波器
Schurter公司营销工程师Brian Jones解释说：“如果工程师具有系统设计经验，他们一定知道在开始设计时就将电源线路EMI滤波器包含在电路中，而不是等到设计未能通过EMI测试后，才试图把滤波器挤进去。如果他们的设计建立在老设计基础上，那么工程师通常从一开始就知道他们需要的滤波器特性。但是，如果他们计划一个涉及不同类型高频开关电路和较高工作频率的新项目，那么他们可能会面临一些需要分析的新的EMI问题。”工程师经常会知道它们带有差模还是共模传导发射。并且他们也许已经运行了测试，因此他们知道他们在特定频率范围内需要多少衰减。

但在某些情况下，工程师会把滤波器规格留到较晚的产品开发阶段。Curtis Industries公司工程经理Ken Pagenkopf解释说：“在你能规定EMI滤波器之前，你必须知道你的设备产生多少噪声，在什么频率产生。但在制造出设备并对其测试完毕之前，你通常无法确定噪声输出。熟悉EMI滤波要求的人通常会为滤波器留出空间，这是因为他们知道设计将需要滤波器，并且他们根据以前的经验知道把它设在哪儿。”这种方法避免了在产品从原型转向可即刻投产的设计时，尝试把滤波模块挤进去。

Pagenkopf建议工程师们利用以下清单来规定他们对滤波器制造商的初步要求：
•电流和电压
•工作频率（50Hz、60Hz、400Hz）
•大小（尺寸）
•环境工作温度(℃)
•特殊环境需要
•终结类型（铲形接线片、焊眼、导线……）
•频率与衰减信息（插入损耗）

恰当设计
Schaffner公司工程经理Dave Armitage说：“工程师应该努力使设计的电路和设备无需滤波器。然后，在理想情况下，由滤波器清除最后一点儿工程师无法在设计中消除的EMI。但是，处于压力之下的工程师必须限制他们担心的问题，因此他们有时希望老天保佑不遇到EMI问题。”

在设计中，接地问题一般会在后来导致麻烦。Armitage说：“如果你用欧姆计来验证导电性，并看到阻值为0，那么你会认为电路提供了良好的地。但从EMI角度看，它可能是糟糕的地。”金属外壳中的滤波器（这是典型构造）需要稳固的接地连接，并且工程师不应该只依赖那些把滤波器紧固到机箱或面板的金属螺钉或铆钉，滤波器的下方应该有连续的接地金属，而且金属间的接触越多越好。Armitage强调说：“滤波器外壳和地之间的良好连接不应该有干扰性的保护涂层，比如油漆或锌。”

Curtis Industries公司的Ken Pagenkopf说：“工程师应该确保设计提供稳固、低阻抗、较短的接地连接。我们看见的糟糕设计是把滤波器安装在绝缘的压铆螺柱上，或使用很长的地线。”Pagenkopf还建议工程师对那些把机箱用作电流返回路径的设计保持警惕，使噪声远离散热片和接地平面，把滤波器尽可能靠近噪声源。

设计者还必须考虑布局和布线。Schaffner公司的Dave Armitage指出：“不应该使用长电缆，也不应该让导线和电缆靠近噪声大的元件。工程师们应该适当安排电源线路滤波器的位置，使得进入的电源线路是通过短线连接到滤波器的。电源入口和滤波器之间的任何多余导线都可能充当接收噪声的天线，结果会绕过滤波器，使它失去作用。”

Curtis Industries公司的Pagenkopf说：“请记住，需要消除的EMI频率越低，滤波器就越大。”工程师也许认为消除PCB上的低频EMI会有困难，因此他们在设计中包含电源线路滤波器。“但是当EMI处于150kHz或更低频率时，磁性元件会大很多，因此应该在源头控制低频EMI。”

工程师也许会忘记为直接和间接的电源线路滤波器成本做预算。比方说，工程师会用较便宜的固态继电器取代机电继电器。他们也许没有考虑使其新设计通过测试要求所需的电源线路滤波器成本。额外的滤波器和固态继电器成本也许会超过原始机械继电器的成本。因此，在设计设备时，应牢记滤波器“预算”。

性能额定值
工程师们明白：需要降低IC和其它电路元件的性能额定值。电源输入模块和分立滤波器也带有减额信息，它们会影响工程师对这些部件的应用方式。对于带滤波的电源输入模块，图2中的图形表明允许工作电流如何在45℃跨度内从100%降至0%。Schurter公司的Brian Jones说：“数据表明：在80℃使用滤波器时，如果希望它恰当运行，就只能消耗其额定电流的大约10%。工程师也许会忘记降低滤波器的额定值，并且一些供应商根本不谈减额，这很危险。”

Schurter公司营销副总裁Diane Cupples解释说：“IEC的标准为标准电源插座规定的插针温度最大额定值是70℃。我们为电源输入模块提供最高工作温度达85℃时的滤波器减额信息，但只是为了指出，这么高的温度，下降的额定电流会变为0A，客户应该利用减额图（derating plot）来更好地了解环境温度超过40℃时的允许工作电流下降情况。”

客户可以在减额“包线”内的任何位置操作其设备，但据Jones表示，Schurter公司为带滤波的电源输入模块建议的最高工作温度约为50℃，分立滤波器为70℃。在这个温度下，电路只能消耗滤波器额定最大电流的大约60％至70％，这使工作条件很好地处于图形的包线范围内。

感谢Interpower公司的Ron Taylor和Ralph Bright为本文提供信息。

参考资料
1."DC Power Input Considerations," Modular Devices, Inc. 2.www.modev.com/content/ApplicationNotes/html/dcpower06.htm.
3."Filter selection for mains conducted emissions," Laplace Instruments. 4.www.laplaceinstruments.com/EMCIS/ESArticle1.htm.

杂志免费订阅

文章打印

Email给朋友


ADVERTISEMENT


<script language="JavaScript" src="http://ad.doubleclick.net/adj/ecnchinamag.com/;sect=;pos=;sz=336x280;abr=!ie;ord=603459656?" ></script>

电路板及模块

PC、外围及联网器件

工业控制器件

集成电路

微波及RF器件

光电及显示器

封装及连接器

无源及分立器件

电源及调节器件

传感器及制动器

软件

测试与测量

医疗电子

嵌入式系统

安森美半导体与中国领先空调制造商达成设计协作，实现更高工作效率和更低待机能耗

适应无故障、安全性等关键要求，微控制器提升汽车电子控制单元性能

将旋转运动转变为线性运动的有效方法

高电压电池组监视器使混合动力/电动汽车更加可靠

恒忆与海力士扩大合作，共同研发创新NAND闪存技术与产品

意法半导体、STATS ChipPAC和英飞凌合作开发下一代eWLB封装技术

NEC公司全新LSI工艺用于多核处理器

浮点DSC使控制系统更为环保

为什么与分销商合作更有益处？

走入系统级设计，C-to-Silicon开创下一代EDA方法论

Boston-Power荣获AlwaysOn“环保绿化百强企业”为环保付出的努力再获认可

ARM最新REALVIEW开发工具帮助解决复杂的、应用丰富的消费产品的系统设计挑战

三星同意将Symbian股份出售给诺基

08年7月份全球半导体芯片销售额比同期增长7.6%

富士施乐亚太区打印机业务四年累计增长570%

东芝表示不会与三星竞购SanDisk

AMD迫于财务压力，拆分制造业务自救

有消息称Nvidia明年彻底放弃芯片组业务

Facebook弃谷歌，采用微软搜索引擎

联发科有望成摩托罗拉下一个芯片供应商

Reed Business Information Asia Interactive Network