模塊化的交流線路過(guò)濾器，EMI交流線路濾波器

什么是EMI交流線路濾波器?它有什么作用?對(duì)于以交流電源為動(dòng)力的設(shè)備，通常使用模塊化的交流線路過(guò)濾器，它可以作為連接器的一部分，也可以作為底盤的一部分，特別是在工業(yè)、醫(yī)療和ITE等專業(yè)環(huán)境中。這種設(shè)備通常包括一個(gè)嵌入式的交直流轉(zhuǎn)換器或電源，也可以是底盤式的，有時(shí)也可以是機(jī)架式或pcb式的。在每一種情況下，電力供應(yīng)將始終作為獨(dú)立部分滿足排放的法定要求，典型的EN55011/EN55032用于傳導(dǎo)和輻射干擾。但可能仍然需要額外的過(guò)濾。

經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)備設(shè)計(jì)師都知道，僅僅使用兼容的組件并不能保證最終產(chǎn)品符合EMC要求。原因是多方面的。例如，設(shè)備交直流轉(zhuǎn)換器的合規(guī)性測(cè)試是在非常特定的條件下進(jìn)行的，包括假定的交流線路阻抗、輸出負(fù)載、電纜長(zhǎng)度和路由，以及部件相對(duì)于地面的位置。當(dāng)一個(gè)最終產(chǎn)品被測(cè)試時(shí)，這個(gè)AC-DC轉(zhuǎn)換器安裝在內(nèi)部，所有這些條件都不同，導(dǎo)致不同的，往往更糟糕的傳導(dǎo)電磁干擾信號(hào)。來(lái)自其他部件的輻射電磁干擾也可以在電力電纜上檢測(cè)到，從而增加傳導(dǎo)水平。

模塊化過(guò)濾器可以使系統(tǒng)電磁干擾合規(guī)

一個(gè)外部模塊過(guò)濾器可能是解決方案，但有數(shù)百個(gè)選擇，哪一個(gè)是最佳的?讓我們首先看看一個(gè)典型的商業(yè)濾波器的內(nèi)部電路，并考慮每個(gè)組件的作用。

電容CX衰減差分模式噪聲、信號(hào)、和尖峰出現(xiàn)從線路到中性由迅速變化的電流在轉(zhuǎn)換器。電容器的額定電壓為X1、X2或X3，因?yàn)樗鼈兡軌虺惺芙涣骶€路上的電壓瞬變。電感L是一個(gè)共?；螂娏餮a(bǔ)償扼流圈，兩個(gè)繞組相控，如圖所示。共模噪聲是由變換器內(nèi)電壓的快速變化引起的，從線路和中性點(diǎn)到地面，阻風(fēng)門是高阻抗的，每個(gè)CY電容都將噪聲電流引到地面。正常運(yùn)行的電流通過(guò)扼流圈上的兩個(gè)繞組，導(dǎo)致鐵芯中的磁場(chǎng)抵消，因此可以使用高電感值，而不用擔(dān)心磁飽和。通常，L繞組之間的耦合不夠完美，從而產(chǎn)生了一些漏感，表現(xiàn)為一個(gè)單獨(dú)的串聯(lián)電感，增加了差分模式衰減。

雖然CX可以是實(shí)際范圍內(nèi)的任何電容值，但這兩個(gè)CY值受接地泄漏電流要求的限制。有Y1型、Y2型、Y3型和Y4型，額定工作電壓和瞬態(tài)電壓均有下降。漏電電流通過(guò)Y電容器是一個(gè)潛在的問題，因?yàn)樗麄儤虬踩琳暇€和中性點(diǎn)對(duì)地。如果設(shè)備金屬外殼的保護(hù)接地失效，外殼就會(huì)通過(guò)Y型電容器浮到線路電壓，并可能引起電擊。因此，這些Y電容器的值被限制在不允許超過(guò)規(guī)定的電流通過(guò)套管，這個(gè)量是由特定應(yīng)用環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的。限制范圍可以從幾十毫安工業(yè)系統(tǒng)降至不到10μa的心臟流動(dòng)醫(yī)療應(yīng)用程序。

電阻R1是一個(gè)高阻值的電阻，通常為1M歐姆，如果交流電源突然斷開，并且不能依靠負(fù)載將電荷抽走，在交流連接器插腳上留下一個(gè)潛在的危險(xiǎn)電壓，則R1用于放電CX。IEC 62368-1等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于CX > 300nF(納米法拉)，R1應(yīng)在兩秒后將電容器放電至60V以下，而對(duì)于CX < 300nF則允許更高的電壓。同樣，對(duì)于只有訓(xùn)練有素的人員才能接觸到的設(shè)備，允許的電壓限制更高。

不過(guò)，其他標(biāo)準(zhǔn)是不同的。例如，iec60601 -1醫(yī)療設(shè)備要求在一秒后放電小于60V，但如果CX小于100nF則沒有要求。IEC 62368-1等標(biāo)準(zhǔn)還要求電阻器承受瞬時(shí)電壓，如果在熔斷器前安裝電阻器，則電阻的偏差不超過(guò)10%。因此，電阻R1將是一個(gè)高規(guī)格的部分。在某些應(yīng)用中，R1在正常情況下的功耗可能會(huì)限制其遵守美國(guó)能源部(DoE)和歐洲ErP指令等機(jī)構(gòu)規(guī)定的備用或空載損耗限制的機(jī)會(huì)。

圖1中所示的fuse可以包含在模塊過(guò)濾器中，特別是像流行的IEC320-C14類型這樣的面板安裝類型(圖2)。

在商業(yè)應(yīng)用中，線路中的單個(gè)保險(xiǎn)絲是正常的。如果熔斷器元件符合標(biāo)準(zhǔn)，它將簡(jiǎn)化下游組件的規(guī)格，如R1所述。一些應(yīng)用程序，如醫(yī)療設(shè)備和II類IT，要求線路和中性點(diǎn)同時(shí)熔斷，以覆蓋意外連接反轉(zhuǎn)的可能性。在單個(gè)熔斷器的情況下，如果發(fā)生連接反轉(zhuǎn)，則會(huì)使帶電線路處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并在電源開口處依賴于上游熔斷器或斷路器，從而導(dǎo)致接地保護(hù)短路。但是，這些上游設(shè)備可能被額定為高電流值，以保護(hù)多負(fù)載的線路，而且不能保證在設(shè)備故障時(shí)迅速打開，這可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)危險(xiǎn)。然而，雙保險(xiǎn)絲也有缺點(diǎn)，即連接到中性點(diǎn)的過(guò)電流可能只會(huì)打開中性點(diǎn)的保險(xiǎn)絲，使設(shè)備表面上是死的，但內(nèi)部仍然有活的連接。

選擇濾波器

濾波器的機(jī)械格式是選擇過(guò)程的自然起點(diǎn)。機(jī)械變型可作為IEC進(jìn)口件，帶有螺絲或卡扣式安裝，可根據(jù)應(yīng)用要求選擇開關(guān)以及零個(gè)、一個(gè)或兩個(gè)保險(xiǎn)絲。IEC進(jìn)口類型的額定為10A的C14和16A的C20，底盤安裝部件可提供20A及以上。底盤安裝濾波器，通常有6面屏蔽和直接固定導(dǎo)電接地金屬，提供非常有效的電磁干擾衰減。

對(duì)于所有類型,醫(yī)療版本可用,省略了Y電容器降低泄漏電流通常5μA最大值。這種省略必然意味著共模衰減減少了，可能需要在其他地方進(jìn)行補(bǔ)償，例如通過(guò)級(jí)聯(lián)濾波器。在給定最低輸入電壓和負(fù)載功率因數(shù)的情況下，從負(fù)載功率需求可以很容易地計(jì)算出濾波器的額定電流需求。例如，濾波器負(fù)載為200w，功率因數(shù)為0.9，在90vac時(shí)，會(huì)產(chǎn)生200w / (0.9 x 90 VAC) = 2.47A的電流。在這種情況下，可以選擇3a級(jí)的濾波器。

選擇濾波器所需的衰減最好是在不安裝濾波器的情況下測(cè)量系統(tǒng)性能，然后計(jì)算需要從外部濾波器獲得多少額外的衰減才能滿足規(guī)格要求。濾波器數(shù)據(jù)表中的衰減曲線將給出濾波器性能的指示，但要記住，數(shù)據(jù)表的性能是在規(guī)定的測(cè)試條件下，通常是50歐姆源和負(fù)載阻抗。雖然交流電源可以使用線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，但應(yīng)用負(fù)載可能與數(shù)據(jù)表的測(cè)試條件有很大不同。

在交直流電源中，與內(nèi)部濾波器級(jí)聯(lián)的濾波器模塊也會(huì)產(chǎn)生意想不到的結(jié)果，可能出現(xiàn)的諧振甚至?xí)?dǎo)致臨界頻率處的電磁干擾放大。作為一個(gè)例子，一個(gè)電磁干擾圖取自一個(gè)典型的交流-直流轉(zhuǎn)換器的XP電源，部分PBR500PS12B，運(yùn)行在230 VAC和180 W，如圖3所示。圖中擬峰值檢測(cè)符合en55032曲線B排放限值線。然后在交流線路中插入一個(gè)濾波器，即XP Power FCSS06SFR，其產(chǎn)生的衰減特性如圖4所示。虛線為差分模式，實(shí)線為共模衰減?？傮w組合結(jié)果如圖5所示。

可以看出，在1mhz左右，濾波器的衰減降低了預(yù)期的發(fā)射量，但在10mhz及以上，改善并不符合預(yù)期，這意味著模塊化濾波器在這些頻率下并沒有“看到”50歐姆的終止。它給出的衰減比預(yù)期的要低。這一結(jié)果證實(shí)了進(jìn)行實(shí)際測(cè)量以確定合規(guī)性的必要性。

咨詢專家

在最初階段正確地遵守EMC對(duì)于避免最終產(chǎn)品測(cè)試中高昂代價(jià)的失敗是至關(guān)重要的。然而，解決方案不是簡(jiǎn)單地使用一個(gè)超大的模塊過(guò)濾器在交流入口，這可能會(huì)增加不必要的成本，甚至適得其反，得到意想不到的衰減結(jié)果。相反，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該執(zhí)行測(cè)試并進(jìn)行測(cè)量，以確定其應(yīng)用程序的實(shí)際過(guò)濾器需求。

像XP Power這樣的電源制造商可以提供幫助，提供一系列帶有模塊化過(guò)濾器的交直流電源產(chǎn)品，這些過(guò)濾器的版本是為ITE、工業(yè)和低泄漏醫(yī)療應(yīng)用等量身定制的。有些公司甚至為客戶提供全面的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)支持，并免費(fèi)使用他們的內(nèi)部EMC合規(guī)前測(cè)試設(shè)施。以上就是EMI交流線路濾波器的相關(guān)解析，希望能給大家?guī)椭?