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濾波器選型需要注意的十大問題.！

來源：www.hanmanlou.com 發布時間：2020-09-15 返回

　　電源濾波器的主要針對指標是傳導發射CE和傳導抗擾CS，信號濾波器的則主要看EMC標準里對不期望輸入頻段和不期望輸出頻段的要求了。
　　

濾波器

　　1、如果未經過對儀器的EMI、EMS指標測試就選定了濾波器，基本上屬于“盲人騎瞎馬、夜半臨深池”的主兒；
　　
　　2、如果機器上選擇的是一個市面上買來的通用濾波器，這個濾波器基本上是可以不加的；
　　
　　3、濾波器8分定制、2分通用才算比較靠譜。
　　
　　下此結論的原因是因為遇到的好幾起事情，都加了濾波器，但傳導就是不過，還是根據測試結果給設計了個濾波器樣品，一裝上ok才算pass，其實設計本身也并不復雜，不過多加了一級差模電容和差模電感、或調整了一下濾波器電感電容的參數而已。通用型的IEC插座濾波器，里面的空間很小，一般只能放得下2個共模電容、一個差模電容和一個共模電感，靠這點東西就能放之四海而皆準，難度莫大焉。
　　
　　那濾波器應如何選型？第，一種是預知曉（起碼是估計）需濾掉的雜波頻點或頻段和強度，然后提出對濾波頻段的衰減要求，將此要求提給廠家，由廠家給您設計一款適用的濾波器。
　　
　　第，二種是先設計產品，結構空間上預留出裝濾波器的位置，等產品裝好后進行測試，根據測試的結果確定濾波器的濾除頻點和衰減特性。
　　
　　除此二者外，基本上沒有其他的方法能有效地選好濾波器。
　　
　　案例1：
　　
　　如低頻無級燈產品，整流器開關頻率220KHz，此頻率是干擾的基頻，其他干擾頻率基本都是此頻點的高次諧波，在起初設計時，就可以根據預估給出濾波器的要求來，220KHz頻點時，共模插損ILCM=60dB 差模插損ILDM=60dB，根據這個要求，濾波器廠家就可以設計出濾波器來。
　　
　　如手術室用監護儀，與手術刀在共同的環境下使用，手術刀的頻率是500KHz，可以根據預估給出對濾波器的要求，500KHz頻點時，共模插損ILCM=70dB 差模插損ILDM=70dB，根據這個要求，濾波器廠家就可以設計出濾波器來。
　　
　　插損這個指標，行規是在50Ω的標準負載下測得的，但實際電路中，阻抗匹配的不可能這樣標準，因此，插損的指標在使用會打些折扣。所以預估時要求指標要高些。
　　
　　案例2：某產品未加濾波器時的測試結果，畫黑圈的是兩個主要的頻點，左側的點是213KHz，標7dB左右，右面一個是它的高次諧波，可以不必理它，213K濾掉了，那個也就跟著消除了。
　　
　　作為電子設計工程師，能預估出、或能測出預定的干擾頻率和提出擬衰減的指標來，這就夠了。
　　
　　濾波器有多種，做儀器設備中常用到的是電源濾波器和信號濾波器。其他類型的作無功功率補償的電力濾波器、微波頻段的濾波器不是這里討論的內容。
　　
　　濾波器的選擇需要考慮以下多點：
　　
　　1.電壓這個電壓值要求是一個范圍，是穩態電壓±紋波電壓的綜合。
　　
　　2.電流電流的指標很關鍵，它決定了濾波器內部的電感的繞組銅線和引出線的線徑。如果選細了，細導線上跑大電流，如小馬拉大車，會引起嚴重發熱以至燒毀。這個電流也是一個范圍，穩態電流波動電流的較大值。
　　
　　3.電磁兼容標準要求既然是濾波器，為的就是濾掉一些不期望的頻段，而濾除的效果一般是由EMC測試標準和現場應用的直觀結果來確定。尤其是電源濾波器，建議能確定用此濾波器的產品需要通過的是哪個標準，根據標準要求的不同，在選擇時也有其特定的測試頻段要求。
　　
　　比如無級燈用的整流器，本身就是一個開關工作狀態，會有對外的發射，EMC測試時候會重-點檢查其開關頻率以及其高次諧波成分的傳導干擾，濾波器就需要針對這些特定頻段或頻點具有足夠的濾除效果。
　　
　　4.安規標準要求讀者可能會覺得奇怪，選濾波器，說安規標準干啥？這是因為濾波器一般用在電源輸入端和板卡的接口處，這些部位都是安規問題的重災區。等于是濾波器一身承擔了多個要求。與濾波器有關的安規重-點是三個指標：絕緣耐壓、漏電流、剩余電壓剩余能量。
　　
　　絕緣耐壓打LN對地的絕緣強度，考驗的是Y電容的耐壓值，Y電容大了，漏電流就會大，容易導致安規要求上的漏電流標，現在有部分廠家設計上就采取了輸入端無Y電容設計（如圖）。這樣LN對G就成了LN通過L1、Cy1、Cy2、G’對G了，而G和G’是不連的。如果采用了輸入端接Y電容的方式，即將Cy1和Cy2放到前面R的左面來，則測試時須注意絕緣耐壓的設定和漏電流的大小是正相關的，不過20mA。曾經遇到過差點被退貨說濾波器安規不合格的情況，然后經查是1500V時漏電流設定為2mA（應為5mA），測試儀器報警就是正常的了。
　　
　　另一個問題就是R的選擇，有好多廠家的濾波器沒裝這個電阻，在拔掉插頭后，在較短的時間內，去摸電源的插口，如果會有被電的感覺，問題就出在沒裝這個電阻上。這是個高耐壓、起泄放電作用的功率電阻。
　　
　　5.濾波器電路結構形式電路結構形式和期間的參數選擇是濾波器的核心，但就是在這一部分，應用工程師的選擇常常兩眼一摸黑著選，雖然大多時候也差不多可以用，但既不知己也不知彼的設計方式，浪費資源、埋留隱患的可能性就大大增加。這在需要精益設計、從中國制造到中國創造的電子制造業，從初級工程師向資-深工程師的成長期望上來說，都是不合時宜的。
　　
　　濾波器的作用是對通過其的不同頻率有不同的放大效果，對通帶內頻段的則不衰減，對通帶外要抑-制的則以幾十個dB的級別進行衰減，從而達到過篩子的目的。但就是濾波器在對不同頻率的電壓幅值采取不同放大倍數的時候，電磁波的相位也在發生變化，因為相位也是和頻率有關的，所以濾波器結構形式的選取，也還是有些學問的。
　　
　　濾波器結構形式常用的是三種：
　　
　　a.巴特沃思濾波器：特點是通帶內放大倍數平整，通帶內，隨著頻率的變化，濾波器放大倍數基本維持不變；但缺點是通帶向截止段的過渡段，過渡的較為平緩。意思是說，敵人和朋友的界限不是很清楚，有一部分朋友也在干著敵人的事情，有一部分敵人也在幫我們，對這一部分是殺掉還是留在組織里，讓人很糾結。如果有用頻率和干擾頻率離得很近，這種濾波器的作用就很有問題。
　　
　　b.切比雪夫濾波器：它可以很好的解決巴特沃思過渡帶平緩的缺點，在這種形式的濾波器中，過渡帶很陡峭，即使有用頻率和干擾頻率很近，因為過渡帶很陡峭，所以其截止頻率點前后兩個頻段放大倍數的差別很大，非友即敵，很好區分，是朋友就沒干過對不起我們的事，是敵人的就沒干過對我們好的事，所以朋友拉入組織優厚待遇，是敵人則干凈利落的消滅之。高山之側必有深谷，一個優點必然伴隨著一個缺點，切比雪夫濾波器的缺點是在通帶頻率的末端部分，放大倍數會有較強的波動，即在通帶內，隨著頻率的變化，放大倍數雖然比濾除頻段大了很多，但對通帶內的頻率，其放大倍數并不是保持穩定不變的，就是說，朋友們的情緒并不穩定，也不是所有朋友都一如既往的付出幫助。（僅做舉例說明，不要誤解為對朋友的不滿哈）
　　
　　c.貝塞爾濾波器：此種濾波器不是很通用，用的較專，因為它的特性是相位線性。前兩種關注的是放大倍數，但如果對語音信號，比如歌曲，通帶內放大倍數雖然沒有變化，但其旋律卻不再悠揚。因為相位的變化導致歌曲的嘔呀啁咤難為聽。此時，貝塞爾濾波器將會發生其作用。
　　
　　至于選擇哪種濾波器電路結構形式，電路工程師未必去做深入研究，但須知道自己想要的特性，并提供給濾波器廠家，由他們幫您做選擇。
　　
　　現在的電源濾波器都是低通濾波器，通過的都是工頻50Hz或60Hz，這是有用頻率，其他的全是無用的了，所以用截止頻率在1KHz以上的就綽綽有余，因此，盲人騎瞎馬似的隨便選濾波器，很多時候也沒出問題。所以對電源濾波器的選取在工藝、安規上就要多關注了。但在有特定輸出或輸入的場合，電源濾波器的選擇就要謹慎了。比如醫療手術時的電刀產品，其工作頻率是500KHz，它本身會對網電源造成干擾，所以電刀的對外傳導干擾需要抑-制；同時，與電刀共用電源的設備也要警惕，其500KHz也可能會對您產生干擾。
　　
　　6.插損曲線濾波器的插損測量當不得真。舉例來說，如果我們發現100KHz標13dB，選擇了一款濾波器，從插損曲線上看出其在100KHz時的插損是 20dB，覺得此濾波器用上去就肯定就沒問題，那就錯了，因為廠家的插損曲線都是在50Ω-50Ω的標準阻抗下測得，實際上的應用現場，基本可以肯定不是如此標準的源阻抗和負載阻抗特性，所以濾波器的衰減效果會大打折扣，因此，選擇的時候對擬抑-制的頻率點必須至少留出20dB的余量，如上例就需選擇 100KHz時插損不低于33dB的濾波器。
　　
　　另外插損分共模插損和差模插損，一般對30MHz以上的干擾，選擇共模插損滿足上面要求的濾波器，10MHz以下的干擾選擇差模插損滿足要求的濾波器，對上例100KHz，選擇差模插損33dB的濾波器。
　　
　　7.濾波器的安裝形式這個問題好理解，一般有板式（有可焊插針引腳）、螺絲固定安裝、IEC標準（帶單相220V三針輸入）、帶開關的IEC，這個根據實際結構功能要求選擇即可。
　　
　　8.安裝工藝規范濾波器的安裝是僅次于電路結構形式和組成器件指標的技術要素。主要體現在濾波器的位置、接地的措施。位置要求靠近輸入或輸出端，為的避免輸入端輸出端線纜上的高頻干擾輻射出來影響到其他電路；輸入線輸出線不得并行走線，不得靠近走線，以免相互串擾造成該干凈的干凈不了；濾波器課題是金屬殼體，接地要求面接地而不是線接地，須保-證整個面與地接觸良好，不能僅靠固定引腳的螺絲或上面引出的接地導線來接地，導線接地的引線電感量大，高頻接地阻抗偏高導致高頻接地不良，濾波效果不好；接地線纜不宜用擰接方式，必須選用焊接方式。
　　
　　9.濾波器的Q值Q值對實際濾波效果影響倒不大，但Q值代表的是損耗 / 輸入功率，Q值越高，說明損耗越大，意指會有部分能量在濾波器的電感上被損耗掉。在一般的低功率電源濾波器和信號濾波器上，此問題不會太突出。但在較大功率的濾波器上，這個損耗不可小視，一是會引起發熱，發熱后的電容會引起較大的負面影響，漏電流、耐壓、容值等都會隨溫度變化而變化；二是耗電量大會導致無謂的電損失。
　　
　　10.其他另外的內容就是濾波器的內部了，作為用戶是看不到的，灌封膠的灌封均勻致密程度、器件和金屬之間絕緣紙的厚度，這些用戶只能通過訊問的方式了解了，至于生產廠家說不說實話，全憑天命。

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