tag 标签: 滤波器

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    2020-7-23 08:41
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    利用混成式共模电感抑制传导电磁干扰 摘要 EMI抑制方案有许多组合,包括滤波器组合、变压器绕线安排,甚至PCB布局。本文提供一种结合共模电感与差模电感的磁混成,称之为混成式共模电感器。不仅保留共模电感的高阻抗特性,同时利用其很高漏电感当成差模电感用。不仅可以缩小体积节省滤波器成本,更提供了工程师快速解决传导型EMI 问题的方法。 混成式共模电感的原理与功能 在常规单级EMI 滤波器电路中,如图一,有共模噪声滤波器 (LCM、CY1与CY2) 与差模噪声滤波器 (LDM、CX1与CX2) 分别形成”LC滤波器”衰减共模与差模噪声。共模电感通常以高导磁锰锌 (Mn-Zn) 铁氧体 (Ferrite) 制成,电感值可达1~50mH。共模电感器,如图二,由于绕线极性安排,虽然两组线圈分别流过负载电流,但铁芯内部磁力线互相抵消,一般不存在铁芯饱和的问题。常用的铁芯有环型 (Toroidal)、UU型 (UU-9.8、UU-10.5等)、ET型与UT型,如图三。为了获得足够的共模电感值,要尽量让两组线圈的耦合达到最好,所以多采用施工成本较高的环型或一体成型的ET与UT 铁芯。 图一、常规EMI滤波器结构 图二、共模电感器 图三、共模滤波器(a)环型(b)ET型(c)UU型(d)UT型 从共模电感的工作原理与等效电路来看,如图四所示,双绕组的共模电感虽然有很好的耦合,但是还是存在漏电感,漏电感就是由漏磁通造成。这个漏电感在等效上串联在电路上,功能上与差模电感无异。所以可以说,共模电感器的漏电感可以利用来做为差模滤波器。然而如图三所示的共模电感器,由于机械结构的关系,其漏电感都很小,约莫在数 m H到100 m H。如果要得到更大的漏电感,只有增加匝数一途,如此一来,线径变细,电流耐受降低。要改善只有增加铁芯尺寸,当然也增加了滤波器的体积与成本。许多要求极高共模电感的应用,其实不在滤除共模噪声,而是要得到较大的漏电感当差模滤波器用,只是许多工程师不甚清楚罢了。 图四、共模电感器的等效模型 为了增加共模电感的漏电感,特殊的铁芯结构与绕线方法称为混成式共模电感器 (Integrated Common-mode Choke) 或者称混成共模电感器 (Hybrid Common-mode Choke),如图五所示。这样的结构,不仅可以保留共模电感量以充分滤除共模噪声,而且其漏电感形成的差模电感可以高达数百 m H,配合适当的X电容,可以有效的滤除中低频段 (150kHz~3MHz) 的差模 信号。实验证明混成式共模电感器不仅具有很好的滤波特性,低成本与小体积更是最大的优点。 图五、立式与卧式混成式共模电感器 主要的电气参数 混成式共模电感器除保留了常规的共模电感器的规格外,还兼具差模电感的特性。一般除了用共模与差模电感量标示外,还要以以下参数来规范。 (1)共模阻抗 (Common-mode Impedance, ZCM) : 相较于电源阻抗稳定网络 (Line Impedance Stabilization Network, LISN)的高频等效电阻 (共模为25 W ),滤波用的共模阻抗越大越好。除了铁芯材质外,绕线的方法(槽数)更影响高频阻抗的高低。图六为共模阻抗的量测法,图七为ASU-1200系列共模阻抗特性图。由于绕线的层间杂散电容 (Stray Capacitance, CS) 存在,高频时将变为电容性;CS越小越好。 图六、共模阻抗量测 图七、ASU-1200系列共模阻抗特性图 (2)共模电感 (Common-mode Inductance, LCM) : 传统上,习惯以外加测试电压 (VOSC)与频率来规范共模电感。依铁芯材料特色,共模电感以VOSC = 1Vac @100kHz 量测较为稳定。 (3)差模阻抗 (Differential-mode Impedance, ZDM) : 同样的,量测等效差模阻抗的方法如图八所示,用差模阻抗特性图 (如图九)来定义差模滤波的效能;相较于LISN 的等效电阻100 W ,差模阻抗也是越大越好。当然高频时一样会变成电容性,但只要阻抗够大,一样有滤波的效果。 图八、差模阻抗量测 图九、ASU-1200系列差模阻抗特性图 (4)差模电感 (Differential-mode Inductance, LDM) : 差模电感一样可以VOSC = 1Vac @100kHz 来规范。在实用上,混成式差模电感量必须在100 m H 以上,配合X电容,才能有效的滤除差模噪声。 (5)差模饱和电流 (Isat) : 如前所述,因为等效差模电感必须流过负载电流,在负载电流的峰值下,差模电感不能饱和,否则其滤除噪声的能力将降低。图十为一般桥式整流滤波电路的输入电流波形。必须确保在最大电流峰值下,差模电感量没有因饱和而下降。传统上,以电感值衰减20% (相对于没有直流偏置) 为其差模饱和电流。 (a) (b) 图十、(a) 全桥滤波电路 (b) 输入电流波形 (6)有效承受电流(Irms) : 等效上就是规范线径粗细。虽然如图十的输入电流波形,但其有效值并不高,一般可以两倍的输出功率除以最低输入电压估计。例如全电压范围25W 的电源适配器,输入电流的有效值约为 2*25W/90Vac = 0.55A。 表一为ASU-1200 系列的电气参数表 LCM(mH) ±20% LDM( m H) ±10% Isat(A) Irms(A) ASU-1201 4.0 143 3.2 1.00 ASU-1202 6.0 220 2.9 0.80 ASU-1203 9.0 310 2.4 0.75 ASU-1204 12.0 410 2.2 0.75 ASU-1205 16.0 530 1.9 0.60 ASU-1206 20.0 670 1.8 0.55 应用电路 混成式共模电感器,简单说就是一个传统共模电感与一个(或两个)差模电感的混成。在应用上,EMI工程师必须选定需要的共模电感、差模电感以及相关的差模饱和电流与承受电流。ASU-1200 系列混成式共模电感适合应用在25W到50W的Flyback 电路或120W以下PFC 电路。图十一为两种应用混成式共模电感器的Flyback 电路。 (a) (b) 图十一、两种应用混成式共模电感器的Flyback 电路 (a) 常规位置搭配X电容 (b) 置于桥整后与电解电容形成 P 型滤波器 图十二为应用在临界导通模式 (Boundary Conduction Mode) 主动功因改善 (PFC) 电路的滤波器。 图十二、应用于PFC电路的混成共模电感器 图十三到图十五为应用ASU-1203混成式共模电感器在一个24W (12V/2A) 的离线式Flyback 电源中EMI 的表现。明显地可以看出这种共模电感不只有效的衰减共模噪声,同时其差模电感也大量的衰减差模噪声。整体而言,装有ASU-1203 的EMI 表现,在中低频段约有30dB的衰减。 图十三、共模噪声衰减 (蓝色曲线为装有ASU-1203 的共模噪声量测图) 图十五、总噪声衰减 (蓝色曲线为装有ASU-1203 的总噪声量测图) 图十四、差模噪声衰减 (蓝色曲线为装有ASU-1203 的差模噪声量测图) 来源:立锜科技电子报
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    2018-4-12 10:25
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    PCB设计中是使用贴片磁珠还是使用贴片电感主要取决于应用场景。如:在谐振电路中需要使用贴片电感;在消除不需要的EMI噪声时,使用贴片磁珠则是最佳的选择。 1、磁珠的单位是欧姆,而不是亨特 ,这一点要特别注意。因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。磁珠的 DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图,一般以100MHz为标准,比如1000R 100MHz,意思就是在100MHz频率的时候磁 珠的阻抗相当于600欧姆。 2、普通滤波器是由无损耗的电抗元件构成的 ,它在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源,所以这类滤波器又叫反射滤波器。当反射滤波器与信号源阻抗不匹配时,就会有一部分能量被反射回信号源,造成干扰电平的增强。为解决这一弊病,可在滤波器的进线上使用铁氧体磁环或磁珠套,利用滋环或磁珠对高频信号的涡流损耗,把高频成分转化为热损耗。因此磁环和磁珠实际上对高频成分起吸收作用,所以有时也称之为吸收滤波器。 不同的铁氧体抑制元件,有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高,抑制的频率就越低。此外,铁氧体的体积越大,抑制效果越好。网上某些大牛研究发现:在体积一定时,长而细的形状比短而粗的抑制效果好,内径越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下,还存在铁氧体饱和的问题,抑制元件横截面越大,越不易饱和,可承受的偏流越大。EMI吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时,通过它的电流值正比于其体积,两者失调造成饱和,降低了元件性能;抑制共模干扰时,将电源的两根线(正负)同时穿过一个磁环,有效信号为差模信号,EMI吸收磁环/磁珠对其没有任何影响,而对于共模信号则会表现出较大的电感量。磁环的使用中还有 一个较好的方法是让穿过的磁环的导线反复绕几下,以增加电感量。可以根据它对电磁干扰的抑制原理,合理使用它的抑制作用。 铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。对于输入/输出电路,应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。对铁氧体磁环和磁珠构成的吸收滤波器, 除了应选用高磁导率的有耗材料外,还要注意它的应用场合。它们在线路中对高频成分所呈现的电阻大约是十至几百Ω,因此它在高阻抗电路中的作用并不明显,相反,在低阻抗电路(如功率分配、电源或射频电路)中使用将非常有效。 由于铁氧体可以衰减较高频同时让较低频几乎无阻碍地通过,故在EMI控制中得到了广泛地应用。用于EMI吸收的磁环/磁珠可制成各种的形状,广泛应用于各种场合。如在PCB板上,可加在DC/DC模块、数据线、电源线等处。它吸收所在线路上高频干扰信号,但却不会在系统中产生新的零极点,不会破坏系统的稳定性。它与电源滤波器配合使用,可很好的补充滤波器高频端性能的不足,改善系统中滤波特性 。 磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静电脉冲的能力。 磁珠是用来吸收超高频信号,像一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种蓄能元件,用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过错 50MHZ。 磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构(电路)中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信号,而射频 RF能 量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射(EMI)。要消除这些不需要的信号能量,使用贴片磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器),该器件允许直流信号通过, 而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上,然而,低频信号也会受到贴片磁珠的影响。 贴片磁珠由软磁铁氧体材料组成,构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同铁氧体材料的电阻率成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。 使用贴片磁珠的好处: 小型化和轻量化在射频噪声频率范围内具有高阻抗,消除传输线中的电磁干扰。闭合磁路结构,更好地消除信号的串绕。极好的磁屏蔽结构, 降低直流电阻,以免对有用信号产生过大的衰减。显著的高频特性和阻抗特性(更好的消除RF能量)。在高频放大电路中消除寄生振荡。有效的工作在几个MHz 到几百MHz的频率范围内。 PCB设计中要正确选择磁珠比较核心的几点建议: 一、不需要的信号的频率范围为多少 二、噪声源是谁 三、是否有空间在PCB板上放置磁珠 四、需要多大的噪声衰减 五、环境条件是什么(温度,直流电压,结构强度) 六、电路和负载阻抗是多少 前三条通过观察厂家提供的阻抗频率曲线就可以判断。在阻抗曲线中三条曲线都非常重要,即电阻,感抗和总阻抗。总阻抗通过 ZR22πfL()2+:=fL来 描述。通过这一曲线,选择在希望衰减噪声的频率范围内具有最大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠型号。 贴片磁珠在过大的直流电压下,阻抗特性会受到影响,另外,如果工作温升过高,或者外部磁场过大,磁珠的阻抗都会受到不利的影响。 贴片磁珠和贴片电感的应用场合: 贴片电感:射频(RF)和无线通讯,信息技术设备,雷达检波器,汽车,蜂窝电话,寻呼机,音频设备,PDAs(个人数字助理),无线遥控系统以及低压供电模块等。 贴片磁珠:时钟发生电路,模拟电路和数字电路之间的滤波,I/O输入/输出内部连接器(比如串口,并口,键盘,鼠标,长途电信,本地局域网),射频 (RF)电路和易受干扰的逻辑设备之间,供电电路中滤除高频传导干扰,计算机,机,录像机(VCRS),电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。 更多行业相关知识敬请关注【快点儿PCB学院】公众号:eqpcb_cp。
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    2018-1-25 09:08
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    我熟悉RC滤波电路,大四时学过数字滤波器,说实在学了一点点皮毛,但这点点皮毛呢,随着年龄的增长,做的事情越多,对生活的体验越深,竟然隐隐感觉到数字滤波器的一些核心点,有一次在msPLC/msOS群内,有人问起数字滤波器问题,我提出了自己的观点:相比RC滤波电路,数字滤波器可以通过存储器实现逆因果律,所以可以实现接近理想滤波器的效果。 逆因果律,你没看错,因为有数字存储技术,所以可以实现现实世界无法实现的逆因果律,因为现实世界只能是因果律的,也就是所谓的冲击响应过程。而利用存储技术,比如歌曲,播放当前时刻的声音,可以先缓冲几十毫秒再播放,那么就有几十毫秒的逆因果的冲击响应,所以这样子拥有比RC更好的滤波效果。 今天河池学院彭老师的学生来我公司,交流中涉及对人生的看法,因为她还很年轻,20多一些,所以看到、听到的事物跟我近40岁的人是差异很大的,比如生小孩问题、自己老了之后的问题,等等,一般的说,这类问题的答案是无解的,也相互很难说服对方,在交流中,我就用了数字滤波器的概念阐述我的观点: 人生假如活80岁,是需要经历 生、老、病、死四个过程,对于20出头的女孩子来说,她只经历了生,根本没有经历老、病、死,其它三个过程,所以她到今天,只获得0~20来岁的冲击响应,都是生的滤波,包括身边的人,也都是同龄人,大家都在生中,因为现实生活,无法逆因果律,所以无法感受老、病、死,也不愿意感受,但这样只有因果律得到的20岁的滤波结果,是不完美的,既然理解了数字滤波器,那么我们就可以借鉴它的逆因果律概念,寻找类似自己性格的各个年龄段的人,看看他们在各个年龄段的人生及观点,这个等价于存储器存储,通过观察他们的行为,再评价总结自己的观点,那么这样的结果相对来说,就会更加准确很多。 阐述完这番道理,或许没有把那位学生讲明白,或许她也不想明白,但是,自己感觉很爽,因为我很好的把理论跟实际结合起来了。
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    2016-1-4 18:59
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    北极星输配电网讯 : 滤波器 行业市场竞争分析报告主要分析要点包括: 1)滤波器行业内部的竞争。导致行业内部竞争加剧的原因可能有下述几种: 一是行业增长缓慢,对市场份额的争夺激烈;二是竞争者数量较多,竞争力量大抵相当; 三是竞争对手提供的产品或服务大致相同,或者只少体现不出明显差异; 四是某些企业为了规模经济的利益,扩大生产规模,市场均势被打破,产品大量过剩,企业开始诉诸于削价竞销。 2)滤波器行业顾客的议价能力。行业顾客可能是行业产品的消费者或用户,也可能是商品买主。顾客的议价能力表现在能否促使卖方降低价格,提高产品质量或提供更好的服务。 3)滤波器行业供货厂商的议价能力,表现在供货厂商能否有效地促使买方接受更高的价格、更早的付款时间或更可靠的付款方式。 4)滤波器行业潜在竞争对手的威胁,潜在竞争对手指那些可能进入行业参与竞争的企业,它们将带来新的生产能力,分享已有的资源和市场份额,结果是行业生产成本上升,市场竞争加剧,产品售价下降,行业利润减少。 5)滤波器行业替代产品的压力,是指具有相同功能,或能满足同样需求从而可以相互替代的产品竞争压力。 原标题:2015年滤波器市场竞争  
  • 2013-7-4 09:16
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       声表面谐振器 ,声表面滤波器,技术更新,现在已降低插入损耗。早期SAW滤波器的最大缺陷是插入损耗大,一般在15dB以上,这对于要求低功耗的通信设备特别是接收前端是无法接受的。为满足现代通信系统及其它用途的要求,人们通过开发高性能的压电材料和改进IDT设计,使器件的插入损耗降低到3dB~4dB,最低可达1dB。在众多压电材料研究成果中,最引人注目的是日本村田制作所发明的ZnO/蓝宝石层状结构基片材料,利用这种基片材料,已制造出1.5GHzPDC用射频SAW滤波器,其插入损耗仅1.2dB。     声表面滤波器原材料也是采用压电 晶振 ,制作而成,滤波器产品主要应用于无线发射与接收,比如,卫星,基站发射,GPS定位系统,无线通话,以及无线遥控等等,无线应用产品。声表面滤波器很多的产品已经组成了模块方式,就好比中国发射的北斗卫星,将来SAW滤波器产品在卫星导航上的作用将会是占比例很重要的一部分。    声表面滤波器 是在一块具有压电效应的材料基片上蒸发一层金属膜,然后经光刻,在两端各形成一对叉指形电极组成。当在发射换能器上加上信号电压后,就在输入叉指电极间形成一个电场使压电材料发生机械振动(即超声波)以超声波的形式向左右两边传播,向边缘一侧的能量由吸声材料所吸收。在接收端,由接收换能器将机械振动再转化为电信号,并由叉指形电极输出。 1.声表面波滤波器外形特征和电路符号说明 如图11-10所示是一种声表面波滤波器的外形实物图和电路符号.声表面波滤波器输入回路有两根引脚,输出回路也有两根引脚。当有第五根引脚时,它是外壳的接地引脚。 如图11—11所示是彩色电视机专用声表面波滤波器应用电路,电路中的Z101是声表面波滤波器。输入信号Ui加到声表面波滤波器Z101输入端,经过声表面波滤波器Z1O1的滤波,得到图像中频信号,加到集成电路A1的①脚和⒃脚,进行图像中频信号放大。声表面波滤波器Z101在这里用来得到标准的图像中频信号。 2. 声表滤波器 结构和工作原理说明 声表面波是一种机械波,当弹性固体(如石英等)表面的一个质点在受外力下产生振动,使固体表面发生弹性变形而产生声表面波时,它能够沿表面传播。声表面波滤波器是基于这一原理制造而成的。 如图11-12所示是声表面波滤波器的结构和工作原理示意图。在输入端和输出端设有叉指形电极。当给输入端叉指形电极加上交变电信号时,在输入信号的交变电场作用下,由于晶体的压电效应,在基片表面激起机械振动,形成声表面波。 这一声表面波沿基片表面传播到输出端的叉指形电极,由于压力效应,由机械振动产生电场变化,这样在输出端便有电信号输出,也就是输入信号从输出端输出了。 当输入信号的频率与声表面波滤波器的固有工作频率一致时,由输入信号引起的机械振动就强烈,输出端的输出信号就大。当输入信号的率与声表面波滤波器的固有工作频率不一致时,输入信号引起的机械振动就很弱,输出端的输出信号就很小,这样 声表面波滤波 器 就具有滤波器的特性。 从上述分析可知,输入端的叉指形电极和晶体起到电一机转换的作用,而输出端的叉指形电极和晶体起到机一电转换的作用。 如图11-13所示是某型号声表面波滤波器频率特性曲线。 3.彩电用声表面波滤波器特点解说 现在彩色电视机中广泛采用声表面波滤波器,它的特点如下: (1)插入损耗大。即使在声表面波滤波器的工作频率范围内,信号从输入端传输到输出端会产生很大的损耗,这是这种滤波器的缺点。 (2)输入/输出回路的阻抗匹配不当会引起不良后果。声表面波滤波器接在中频前置放大器(或高频头)与中频放大器输入级电路之间,它们之间的阻抗要良好匹配,所以一般声表面波滤波器的输入和输出回路中设有电阻、电容、电感构成的阻抗匹配电路。 (3)选择性好。声表面波滤波器的选择性好有利于提高图像和伴音的质量,减小干扰。 (4)稳定性和可靠性好。 本文由http://www.jinluodz.com提供
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