電源濾波器和電磁干擾濾波模塊及應(yīng)用

簡介：介紹了模塊電源濾波器的原理，并重點(diǎn)介紹了用于模塊式電源的電磁干擾濾波模塊VI—IAM的原理、參數(shù)，最后給出了應(yīng)用電路。

1引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種用電設(shè)備相繼出現(xiàn)，用戶對電源的要求多樣化，要求也越來越高。電子設(shè)備的小型化和低成本化也迫使電源向輕、薄、小和高效率的發(fā)展方向。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電源電路的集成度得到很大提高，從而使電源電路極大地簡化。各電源專業(yè)廠家制造了品種多樣、規(guī)格齊全的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的模塊電源。模塊電源是由廠家采用優(yōu)化的最佳電路，利用先進(jìn)工藝制造完成的整體電源。使用時只需加少量分立元件就可完成設(shè)計任務(wù)。

模塊電源大多都是開關(guān)型功率變換器，即開關(guān)電源，它工作時，內(nèi)部的電壓和電流波形都是以非常短的時間上升和下降的，所以，開關(guān)電源本身就是一個時頻干擾發(fā)射源。濾波是抑制干擾的一種很好的方法。在電源輸入端接上濾波器可以抑制開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，也可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害。本文就常用濾波器的性能及濾波模塊做一介紹。

2電源濾波器

濾波電路中，有很多專用的濾波元件(如鐵氧體磁環(huán))，它們能夠改善電路的濾波特性，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分，開關(guān)電源通過電源線引入和射出的噪聲有差模和共模之分。差模噪聲指電源兩條輸入線相對大地或系統(tǒng)基準(zhǔn)點(diǎn)大小相等、方向相反的噪聲，共模噪聲則是指大小相等、方向相同的噪聲，對于差模噪聲進(jìn)行抑制時采用開關(guān)電源輸入濾波器為π型濾波如圖1所示。

圖中LD為濾波扼流圈。若要對共模噪聲有抑制能力，可采用圖2所示電路。

圖中LC為共模扼流圈，由于LC的兩個線圈繞向一致，當(dāng)電源輸入電流流過LC時，所產(chǎn)生的磁場可以互相抵消，相當(dāng)于沒有電感效應(yīng)。因此，它使用導(dǎo)磁率高的磁芯。LC對共模噪聲來說，相當(dāng)于一個很大電感量的電感，故它能有效地抑制共模傳導(dǎo)噪聲。開關(guān)電源輸入端分別對地并接的電容CY對共模噪聲起旁路作用。共模扼流圈兩端并聯(lián)的電容CX對共模噪聲起抑制作用。R為CX的放電電阻，它是VDE—0806和IEC—380安全技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)所推薦的。圖2中各元件參數(shù)選擇范圍：CX:0.1～2μF;CY:2200～0.33μF;LC:幾mH～幾十mH，隨著工作電流不同而取不同的參數(shù)值。如電流25A進(jìn)，LC為1.8mH;電流為0.3A時，LC為47mH。另外在濾波器元件選擇中，一定要保證輸入濾波器的諧振頻率低于開關(guān)電源的工作頻率。由于隨著電源工作頻率的升高，濾波器對運(yùn)行噪聲將更加容易抑制，所以設(shè)計中要注意濾波器在工作頻率低時的抑制效果。為了進(jìn)一步提高差模噪聲的抑制能力，可采用圖3所示的電源濾波器，圖中四只電容器分別為CX和CY。CX電容器接在單相電源線的火線和零線之間，它上面除加有電源的額定電壓外，還會迭加上火線和零線之間存在的各種電磁干擾峰值電壓。為保證電容器失效后，不會導(dǎo)致工作人員遭電擊，不危及人身安全，并考慮到使用中最壞的情況，CX安全等級分為X1和X2類，CX電容器等級為X1時，可用于設(shè)備的峰值電壓大于1.2kV場合，等級為X2時，可用于設(shè)備的峰值電壓小于1.2kV的場合;等級為X2時，可用于設(shè)備的峰值電壓小于1.2kV的一般場合。另外通過限制CY的容量達(dá)到控制在規(guī)定電壓頻率作用下，流過該電容器漏電流的大小。若為裝設(shè)在可移動設(shè)備上的電源濾波器，其交流漏電流應(yīng)低于1mA;若為裝設(shè)在位置固定且接地的設(shè)備上的電源濾波器的交流漏電流應(yīng)小于3.5mA，再根據(jù)漏電流的要求計算CY的容量，其關(guān)系為：

Ii=2πfCYU

f—電源頻率;U—電源供電電壓

LD是用來進(jìn)一步抑制差模噪聲的差模扼流圈。因?yàn)長D引入將使電容CX的充電電流減少，達(dá)到了抑制差模噪聲的目的。

3電磁干擾濾波模塊VI—IAM的特點(diǎn)及應(yīng)用

模塊式電源生產(chǎn)廠家為了方便用戶，推出了電磁干擾濾波模塊，使用方便,VI—IAM為典型的輸入抑制模塊，它為直流輸入前端濾波器，可與VI—200系列24V、48V和300V輸入DC/DC模塊組成輸出電壓從1～95VDC、輸出功率從25～800W的高效率、高功率密度電源系統(tǒng)。

3.1VI—IAM模塊特點(diǎn)

VI—IAM模塊輸入直流電壓可為24V、48V或300V，帶有輸入反極性保護(hù)和瞬態(tài)保護(hù)，模塊效率可達(dá)97%，浪涌電流限制符合IEC—801—5標(biāo)準(zhǔn)，電磁干擾和輻射干擾指標(biāo)達(dá)到FCC—A、VDE—A有關(guān)規(guī)定。該模塊具有適用溫度范圍廣、驅(qū)動負(fù)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。[!--empirenews.page--]

3.2VI—IAM輸入抑制模塊內(nèi)部電路框圖及原理

VI—IAM模塊內(nèi)部電路框圖如圖4所示，它由輸入EMI濾波電路、過壓保護(hù)電路、過流保護(hù)電路和同步電路等組成。直流輸入電壓經(jīng)EMI濾波后，經(jīng)過開關(guān)管T1輸出，開關(guān)管T1柵極由后級DC/DC變換器的Gate out控制，當(dāng)Gate out腳為高電平時，開關(guān)管導(dǎo)通，當(dāng)Gate out腳為低電平時，開關(guān)管截止，使模塊輸出相應(yīng)的方波電壓供給后級DC/DC模塊電源。若過壓或過流保護(hù)電路動作后，開關(guān)管被關(guān)斷，同時控制Gate in腳電壓將后級DC/DC模塊關(guān)斷。Gate in信號是漏極開路方式輸出，若柵極所加控制信號使場效應(yīng)管T2導(dǎo)通，T2的漏極變?yōu)榈碗娖?，使與其相連的后級DC/DC模塊的Gatein信號也變?yōu)榈碗娖剑瑒t后級DC/DC模塊被關(guān)斷，起到對負(fù)載的保護(hù)作用。

3.3VI—IAM模塊主要性能指標(biāo)

表1為VI—IAM模塊主要性能指標(biāo)，其指標(biāo)都是在標(biāo)稱輸入、滿負(fù)載、環(huán)境溫度為+25℃條件下的測量值。

3.4VI—IAM模塊引腳連接及應(yīng)用

(1)VI—IAM模塊引腳連接

VI—IAM模塊引腳連接方法見表2所列.

(2)VI—IAM模塊應(yīng)用電路

圖5所示為VI—IAM與VI—200DC/DC模塊連接圖，圖中各DC/DC模塊的Gate in信號輸入引腳要隔離二極管D3，二極管負(fù)極連在一起，與VI—IAM模塊的Gate in相連。因此，當(dāng)VI—IAM模塊的信號為低電平時，所有模塊將被關(guān)斷,責(zé)制從而保護(hù)負(fù)載。VI—IAM模塊的Gate out與第一個DC/DC模塊的Gate out引腳連接，其它DC/DC模塊的Gate out引腳經(jīng)濾波電容C2和二極管D1，且各二極管的負(fù)極連在一起與VI—IAM模塊并聯(lián)(Paral-lol)信號引腳連接。此外，VI-IAM模塊的正輸出引腳與其它DC/DC模塊的Gate out引腳之間還要連接正向二極管D2，這樣各模塊Gate out引腳的電位完全一樣。

4結(jié)束語

本文介紹了模塊式電源抗噪聲干擾常用的濾波器及濾波模塊，并給出了VI—IAM模塊的具體應(yīng)用。在模塊式電源設(shè)計中，用電源濾波模塊將是簡化設(shè)計、提高抗干擾性能的有效途徑。應(yīng)用新器件、新模塊設(shè)計出更加優(yōu)良的模塊式電源是電源廠家及應(yīng)用者努力的方向.