电源滤波器在现代电力电子设备中的应用 《电子元器件》2012 年第 2 期 2012 年 2 月 - 16 - 电源滤波器在现代电力电子科技类产品 中的应用 摘要：本文简要介绍了电源滤波器在电力电子科技类产品中的及其重要的作用，详细论述了滤波 器的各种技术指标，还较详细地介绍了电磁兼容EMC的国际标准和滤波器的各种特性。 关键词：电源滤波器 电磁兼容 共模噪声 差模噪声 1 概述 随着自动化技术和数据处理技术的广泛应用，抑制干扰获得“干净”的电源线和数据线已成为当务之急。 另一方面，慢慢的变多的设备成为潜在的干扰...

  《电子元器件》2012 年第 2 期 2012 年 2 月 - 16 - 电源滤波器在现代电力电子科技类产品 中的应用 摘要：本文简要介绍了电源滤波器在电力电子科技类产品中的及其重要的作用，详细论述了滤波 器的各种技术指标，还较详细地介绍了电磁兼容EMC的国际

  和滤波器的各种特性。 关键词：电源滤波器 电磁兼容 共模噪声 差模噪声 1 概述 随着自动化技术和数据处理技术的广泛应用，抑制干扰获得“干净”的电源线和数据线已成为当务之急。 另一方面，慢慢的变多的设备成为潜在的干扰源（例如，使用开关电源的设备）。这些噪声和干扰信号能够引 起系统故障或损坏敏感的电子元件。这种情况如果出现，就从另一方面代表着用户将要因系统的停工及维修损坏的部 件而付出巨大的代价。电源滤波器件正是抑制这些“破坏性”干扰的关键器件。电源滤波器对干扰信号具有双 向抑制作用，不仅对各种来自外部的干扰能进行相对有效衰减，并且抑制设备自身向外发射的电磁干扰，从而大 大提高了电子设备的可靠性和自身品质。 IEC950/GB4943（早期含有 EMC 要求的条款）是计算机和商业设备的主要安全标准。其基础要求是保 护与这些设备接触的人员不受伤害。随着欧洲新的 EMC 法规的实施，世界各地的电力电子科技类产品销往欧共体 国，一定要通过 IEC950 标准。在进行干扰抑制时，选用商品化的滤波器能够最快地处理问题并且满足相应的 安全标准。在电源输入端用分立元件搭成滤波电路，当然也能够抑制干扰，但往往不是最佳的 EMC

  ， 特别是应用在开发周期短的产品（如 PC 机等）中。 2 滤波器的技术指标 2.1 插入损耗是滤波器的重要技术指标。在信号源输出阻抗与接收机阻抗都是 50Ω的检测系统下，当未接入 滤波器时信号源输出电压为 U1，当接入滤波器后，在滤波器输出端测得信号源的电压为 U2，则滤波器的插 入损耗为： L 1 2I =20lg(U /U ) 。由于干扰方式有共模干扰和差模干扰两种，所以插入损耗又分为共模插入损耗 和差模插入损耗，分别表征对共模噪声和差模噪声的抑制能力。 信号源 Source 负 载 LoadU1 信号源 Source 负 载 Load 滤波器 Filter L N L N U2 G 未接入滤波器 接入滤波器后 图 1.插入损耗定义示意图 插入损耗的测量遵循 GB7343―87(同 CISPR No.17),测试原理图见图 2. 《电子元器件》2012 年第 2 期 2012 年 2 月 - 17 - 滤波器 Filter L N L N G信号源 接收机 滤波器 Filter L N L N G信号源 接收机 1:1 1:1 共模插入损耗的测量 差模插入损耗的测量 图 2.插入损耗测试原理图 2.2 漏电流（仅对交流电源线滤波器有意义）：在额定交流电压下，滤波器外壳到交流进线的任一端的电流。 其值主要根据共模电容 Cy 的漏电流。根据滤波器的使用环境，各种安全标准对漏电流有不同的规定，典 型值为 0.5～5.0mA。泄漏电流的测试电路原理如图 3 所示。 滤波器 Filter L N L N G mA SLINE LOAD 图 3. 泄漏电流测试电路原理图 2.3 工作环境规定 滤波器的温度范围为-25―+85℃。相对温度为 90±5%，21 天。 2.4 耐压试验 根据IEC950标准，滤波器的高压测试分为两种，标准测试和产品测试。标准测试时所有线秒，在此项测试中滤波器的放电电阻应拿掉.，线秒。全部的产品出厂前就应100%地进行不少于2秒的高压测试。 2.5 标称电压、电流 标称电压（rated voltage)就是电源滤波器正常工作时的电压，是指滤波器长时间工作时所适用的最佳电 压。额定电流是指在额定电压下，在额定环境条件（环境和温度、日照、海拔、安装条件等）下，电源滤波器 的长期连续工作时允许的电流。 《电子元器件》2012 年第 2 期 2012 年 2 月 - 18 - 2.6 启动及过载电流 电源滤波器可在4―8倍额定电流下工作10秒。 3 EMC标准与滤波器特性 3.1 抗干扰标准 上世纪90年代以前，大多数国家还在执行各自的控制电磁干扰（EMI）或射频干扰(RFI)的法规或标准。 然而，这一情况在90年代后改变，从1996年1月1日起关于电磁兼容（EMC）的欧洲指令89/336/EMC开始生 效，该指令为欧共体各国建立了一个统一的EMC标准。这一指令不仅规定了设备对外发射EMI的极限值，而 且还要求设备具备了抗外界电磁干扰的能力。在非欧共体国家中，使用的是其它标准，例如在美国执行FCC标 准。表1所列为主要的欧洲EMC标准。 3.2 允许的干扰电平极限值 很多标准对于传导EMI发射规定了允许的极限值。这些极限值是用电压来表示的，单位为dBuV。图4给 出了GB17799.3标准规定的干扰电平限制，适用于家庭、商业、轻工业环境。图5给出了GB17799.4标准规 定的干扰电平限制，适用于工业环境。 如果噪声频率在30MHz以上，则主要测量辐射干扰。 3.3 噪声频谱 最普通的传导干扰源是功率电子科技类产品,例如开关电源（SMPS）,采用脉宽调制（PWM）技术的变频器和 电机驱动器,相角控制器等等。 典型的噪声频谱具有较强的低频分量，当频率升高时，干扰电平开始下降。在哪一频率噪声强度低于允 许的极限值依赖于许多因素，其中最重要的参数是半导体器件的工作频率以及上升时间。 《电子元器件》2012 年第 2 期 2012 年 2 月 - 19 - 图 4 图 5 3.4 干扰信号的传播 EMI以两种方式传播： 辐射方式，能量通过磁场或电场耦合或以干扰源与受扰设备间的电磁波形式传播。传导方式，电磁干扰 EMI的能量沿电源线和数据线传播。 辐射干扰与传导干扰并不是毫不相关的。当一根传输电缆类似天线具有一定的发射功能时，沿此电缆传 导的噪声就会被辐射出去。电缆的长度与波长接近时，辐射现象尤为明显。同时，辐射功能强的电缆接收功 能也强，它会不断地从空间接收辐射干扰信号。 在150MHz以下，系统中最主要的辐射源是电源和数据电缆。对这些电缆进行合适的滤波，可减少电缆 产生的辐射干扰和传导干扰。 在150MHz以上，印制线路板（PCB）上的连线以及较短的内部电缆开始变为辐射功能强的天线。为减 少它们的辐射，在布线时应减少走线的长度和环路的面积。如果可能的话，还应使用地线层。数据集成电路 的去耦合也是很重要的，必要时还需加屏蔽。 3.5 干扰类型 为了理解与传导EMI有关的问题，首先必须弄清两种不同形式的传导干扰：共模（不对称模式）干扰与 差模（对称模式）干扰。共模噪声在每一相与地间产生干扰电压。共模电流从干扰源流入地（通常经过分布 电容），然后沿地线传播，最后经相线所示。 差模干扰在系统的相线间产生干扰电压，而与地线无关。差模电流从一相流出，由另一相返回，如图7 所示。 电源滤波器一定要能同时减小共模和差模两种形式的干扰。 《电子元器件》2012 年第 2 期 2012 年 2 月 - 20 - Earth Neutral Line VCM VCM LOAD Earth Neutral Line VDM LOAD 图 6.共模干扰 图 7.差模干扰 4 北京天工通宇科技有限公司电源滤波器产品简介 北京天工通宇科技有限公司作为国内领先的电磁兼容(EMC)产品生产商，拥有国内电磁兼容资深专家和 优秀的中青年研发队伍，设有EMI滤波器研发室、电磁兼容技术研究室及EMI滤波器生产车间。拥有电源谐 波及射频干扰抑制器和电快速瞬变干扰抑制器两项专利。其电源滤波器产品符合UL1283、GB/T15287―94、 GB/T15288―94。表2是北京天工通宇电源滤波器产品性能简介 表2 北京天工通宇电源滤波器产品性能简介 单相电源滤波器系列 用途 系列 额定电流 插入损 耗 信息通讯 设备 UPS、开关 电源 医疗设施 自动化控 制系统 计算机类 办公设备 灯具 汽车电子 FSAX-XX 1--10A 高 √ √ √ √ FSBX-XX 6--100A 高 √ √ √ √ FSDX-XX 1--100A 较高 √ √ √ √ √ √ FSCX-XX 1--100A 较高 √ √ √ FSFX-XX 1--50A 极高 √ √ √ √ √ √ 小尺寸高集成滤波器系列 级数 尺寸 系列 类型 额定电流 端接方式 单级 双级 长 宽 高 US101-XP 交流 插针 √ 26.6mm 20mm 13.4mm US201-XP 直流 插针 √ 17mm 14mm 10mm US202-XP 直流 插针 √ 15mm 15mm 10mm US203-XP 直流 插针 √ 26.6mm 20mm 13.4mm US204-XP 直流 1--3A 引线 年 2 月 - 21 - 三相滤波器系列 级数 系列 额定电流 插入损耗 单级 双级 有中性线A 高 √ FTKX-XX 6--200A 较高 √ FTMX-XX 6--200A 高 √ √ FTRX-XX 6--200A 较高 √ √ 具有浪涌抑制功能的滤波器系列 系列 单相 三相 直流 额定电流(A) 耐冲击电流(kA) FSPC10-XX √ 3--10 10 FSSC20-XX √ 10--20 20 FTHK20-XX √ 10--50 20 FTHR20-XX √ 10--51 20 FDPC05-XX √ 3--6 5 FDPC10-XX √ 3--10 10 脉冲群抑制器系列 系列 交流 直流 额定电流 对应脉冲群等级 端接方式 FSHC-XX √ 1--3A 4 级 引线 FSHP-XX √ 6--10A 4 级 焊片 FSHS-XX √ 15--20A 4 级 螺栓 FDHC-XX √ 1--3A 4 级 引线 FDHP-XX √ 6--10A 4 级 焊片 FDHS-XX √ 15--20A 4 级 螺栓 参考文献 【1】 欧健昌．电子设备的电磁兼容性设计理论与实践．北京：电子工业出版社，2010 【2】 闻映红．电磁场与电磁兼容．北京：科学出版社，2010 【3】 白同云．电磁兼容设计实例精选．北京：中国电力出版社，2008 【4】 北京天工通宇科技有限公司．电源滤波器产品手册．北京，2012

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