电磁兼容设计中的滤波技术

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1、电磁兼容设计中的滤波技术摘要：电磁兼容可通过将干扰抑制于扰乱电子系统或子系统正常工作的电平以下来实现，这种兼容一般通过采用滤波器及将元件或设备屏蔽而获得，而本文主要介绍电磁兼容设计中的滤波技术。从滤波器的作用、基本原理以及其分类方面做了简要的叙述。 关键字：电磁兼容，滤波器，滤波技术，共模，差模 任何电子设备或电子系统的设计都应包括电磁兼容设计。在设计阶段就考虑电磁兼容。对于滤波技术来说，为了满足EMC标准规定的CE和CS（传导敏感度）极限值要求，使用EMI滤波器是一种好方法。通常要采用某种形式的滤波以降低电源线及信号线的发射，滤波

2、器衰减决定于源及负载阻抗。即若滤波器与源、负载阻抗不匹配，将会产生最小的传输信号（EMI） 功率。另外还要考虑电磁干扰是共模还是差模。共模是指两导体上的对地参考噪声电压，差模是指一个导体相对另一个导体的电压，一般情况下两种电磁干扰都需要衰减。 1 滤波器的作用 由电磁屏蔽技术我们知道，任何直接穿透屏蔽体的导线都会造成屏蔽体的失效。在实际中，很多出现屏蔽问题的机箱（机柜）就是由于有导体直接穿过屏蔽箱而导致电磁兼容试验失败，这是缺乏电磁兼容经验的设计师感到困惑的典型问题之一。解决这个问题的有效方法之一是在电缆的端口处使用滤波器，滤除电缆

3、上不必要的频率成份，即可以减小电缆产生的电磁辐射，也可以防止电缆上感应到的环境噪声传进设备内部。概括得说：滤波器的作用是仅允许工作必须的信号频率通过，而对工作不必要的信号频率有很大的衰减作用，这样就使产生干扰的机会减小为最少。从电磁兼容的角度考虑，电源线也是一个穿过机箱的导体，它对设备电磁兼容性的影响与信号线是相同的。因此电源线上必须安装滤波器。特别是近年来开关电源广泛应用，开关电源的特征除了体积小、效率高、稳压范围宽外，强烈的电磁干扰发射也是一大特征，电源线上如果不安装滤波器，就没有可能满足电 磁兼容的要求。安装在电源线上的滤波器

4、称为电源线干扰滤波器，安装在信号线上的滤波器称为信号线干扰滤波器。之所以这样划分，主要是两者除了都有对电磁干扰有足够大的抑制作用外，分别还有一些特殊的考虑： （１）信号滤波器要考虑滤波器不能对工作信号有严重的影响，不能造成信号的失真。 （２）电源滤波器除了要保证满足滤波的要求外，还要注意当负载电流较大时，电路中的电感不能发生饱和（导致滤波器性能下降）。2滤波器的基本原理滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成，它允许有用信号的电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种，因此滤波器要对这两种干扰都具

5、有衰减作用。其基本原理有三种：（１）利用电容通过高频隔低频的特性，将火线、零线高频干扰电流导入地线（共模），或将火线高频干扰电流导入零线（差模）；（２）利用电感线圈的阻抗特性，将高频干扰电流反射回干扰源；（３）利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性，针对某干扰信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可。3干扰滤波器的种类根据要滤除的干扰信号的频率与工作频率的相对关系，干扰滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等种类。低通滤波器是最常用的一种，主要用在干扰信号频率比工

6、作信号频率高的场合。如在数字设备中，脉冲信号有丰富的高次谐波，这些高次谐波并不是电路工作所必需的，但它们却是很强的干扰源。因此在数字电路中，常用低通滤波器将脉冲信号中不必要的高次谐波滤除掉，而仅保留能够维持电路正常工作最低频率。电源线滤波器也是低通滤波器，它仅允许５０Ｈｚ的电流通过，对其它高频干扰信号有很大的衰减。4电源线上干扰的类型电源线上的干扰电流按照其流动路径可以分为两类：一类是差模干扰电流，另一类是共模干扰电流。差模干扰电流是在火线和零线之间流动的干扰电流，共模干扰电流是在火线、零线与大地（或其它参考物体）之间流动的干扰电流

7、，由于这两种干扰的抑制方式不同，因此正确辨认干扰的类型是实施正确滤波方法的前提。共模干扰一般是由来自外界或电路其它部分的干扰电磁波在电缆与“地”的回路中感应产生的，有时由于电缆两端的接“地”电位不同，也会产生共模干扰。它对电磁兼容的危害很大，一方面，共模干扰会使电缆线向外发射出强烈的电磁辐射，干扰电路的其它部分或周边电子设备；另一方面，如果电路不平衡，在电缆中不同导线上的共模干扰电流的幅度、相位发生差异时，共模干扰则会转变成差模干扰，将严重影响正常信号的质量，所以人们都在努力抑制共模干扰。差模干扰主要是电路中其它部分产生的电磁干扰经

8、过传导或耦合的途径进入信号线回路，如高次谐波、自激振荡、电网干扰等。由于差模干扰电流与正常的信号电流同时、同方向在回路中流动，所以它对信号的干扰是严重的，必须设法抑制。综上所述可知，为了达到电磁兼容的要求，对共模干扰和差模干扰都应设法