大佬講解濾波器原理(三)，秒殺直流電源濾波器原理

對(duì)于濾波器原理，并非所有朋友均能全部掌握。其原由在于不同類(lèi)型濾波器往往在濾波器原理上存在些許差異。為了擴(kuò)展大家對(duì)濾波器原理的學(xué)習(xí)，本文特地帶來(lái)直流電源濾波器原理的講解，并為大家?guī)?lái)直流電源濾波器的內(nèi)部圖，以幫助大家更好的理解濾波器原理。

1、直流電源濾波器特點(diǎn)

1)主要用于直流電源線的電磁干擾;

2)在很寬的頻帶(10KHZ—30MHZ)范圍內(nèi)具有優(yōu)良的共模和差模插入損耗;

3)高性能，低溫升，低價(jià)格;

4)可協(xié)助使用直流電源的各類(lèi)電子設(shè)備達(dá)到VDE和FCC等標(biāo)準(zhǔn)。

2、電源濾波器工作原理

電源濾波器常用的濾波電路有無(wú)源濾波和有源濾波兩大類(lèi)。無(wú)源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波(包括倒L型、LC濾波、LCπ型濾波和RCπ型濾波等)。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱(chēng)作電子濾波器。直流電中的脈動(dòng)成分的大小用脈動(dòng)系數(shù)S來(lái)表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。

脈動(dòng)系數(shù)(S)=輸出電壓交流分量的基波最大值/輸出電壓的直流分量

電源濾波器的原理就是一種阻抗適配網(wǎng)絡(luò)：電源濾波器輸入、輸出側(cè)與電源和負(fù)載側(cè)的阻抗適配越大，對(duì)電磁干擾的衰減就越有效。

具體工作原理如下：交流電經(jīng)過(guò)二極管整流之后，方向單一了，但是大小(電流強(qiáng)度)還是處在不斷地變化之中。這種脈動(dòng)直流一般是不能直接用來(lái)給無(wú)線電裝供電的。要把脈動(dòng)直流變成波形平滑的直流，還需要再做一番“填平取齊”的工作，這便是濾波。換句話說(shuō)，濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。

根據(jù)電源端口的電磁騷擾特點(diǎn)，電源EMI噪聲濾波器是一種無(wú)源低通濾波器，它無(wú)衰減地將交流電傳輸?shù)诫娫?，而大大衰減隨交流電傳入的EMI噪聲，同時(shí)又能有效地抑制電源設(shè)備產(chǎn)生的EMI噪聲，阻止它們進(jìn)入交流電網(wǎng)干擾其它電子設(shè)備。

3、電源濾波器結(jié)構(gòu)

電源濾波器的典型結(jié)構(gòu)如下圖所示，這是一種無(wú)源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)交流和直流電源都適用，具有雙向抑制性能。將它插入在交流電網(wǎng)中與電源之間，相當(dāng)于這二者的EMI噪聲之間加上一個(gè)阻斷屏障，這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)源濾波器起到了雙向抑制噪聲的作用，從而在各種電子設(shè)備中獲得廣泛的應(yīng)用。

圖中Cx是差模電容器，一般稱(chēng)為X電容，電容量宜選為0.01-2.22μF，CY1和CY2是共模電容器，一般稱(chēng)為Y電容，電容量約為幾納法(nF)到幾十納法。C3和C4的電容量不宜選得過(guò)大，否則容易引起濾波器甚至機(jī)殼漏電的危險(xiǎn)。L為共模扼流圈，它為同向繞在同一個(gè)鐵氧體環(huán)上的一對(duì)線圈，電感量約為幾毫亨(mH)。對(duì)于共模干擾電流，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是同方向的，共模扼流圈表現(xiàn)出較大的阻抗，從而起到衰減干擾信號(hào)的作用;而對(duì)于差模信號(hào)(在這里是低頻電源電流)，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消，所以不影響電路的電源傳輸功能。

電源濾波器是針對(duì)電源端口電磁騷擾的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，一般是由電感、電容、電阻或鐵氧體器件構(gòu)成的頻率選擇性二端口網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上是濾波器的一種，按照工作原理稱(chēng)之為反射式濾波器。它可以在濾波器阻帶內(nèi)提供了高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，使它和噪聲源的阻抗和負(fù)載阻抗嚴(yán)重不匹配，從而把不希望的頻率分量發(fā)射回噪聲源。

當(dāng)我們選用電源濾波器時(shí)，應(yīng)主要考慮三個(gè)方面的指標(biāo)：首先是電壓、電流，其次是插入損耗，最后是結(jié)構(gòu)尺寸。由于濾波器內(nèi)部一般是經(jīng)過(guò)灌封處理的，因此環(huán)境特性不是主要問(wèn)題。但是所有的灌封材料和濾波電容器的溫度特性對(duì)電源濾波器的環(huán)境特性有一定的影響。

圖3 電源濾波器的基本電路圖

4、關(guān)于電源濾波電路分析主要注意以下幾點(diǎn)：

(1)分析濾波電容工作原理時(shí)，主要利用電容器的“隔直通交”特性，或是充電與放電特性，即整流電路輸出單向脈動(dòng)性直流電壓時(shí)對(duì)濾波電容充電，當(dāng)沒(méi)有單向脈動(dòng)性直流電壓輸出時(shí)，濾波電容對(duì)負(fù)載放電。

(2)分析濾波電感工作原理時(shí)，主要是認(rèn)識(shí)電感器對(duì)直流電的電阻很小、無(wú)感抗作用，而對(duì)交流電存在感抗。

(3)進(jìn)行電子濾波器電路分析時(shí)，要知道電子濾波管基極上的電容是濾波的關(guān)鍵元件。另外，要進(jìn)行直流電路的分析，電子濾波管有基極電流和集電極、發(fā)射極電流，流過(guò)負(fù)載的電流是電子濾波管的發(fā)射極電流，改變基極電流大小可以調(diào)節(jié)電子濾波管集電極與發(fā)射極之間的管壓降，從而改變電子濾波器輸出的直流電壓大小。

(4)電子濾波器本身沒(méi)有穩(wěn)壓功能，但加入穩(wěn)壓二極管之后可以使輸出的直流電壓比較穩(wěn)定。