滤波器在开关电源中的应用

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2022年07月21日

  在开关电源中,滤波器起了什么作用?它又蕴含了什么样的原理?今天维爱普小编给大家讲解一下。

  在开关电源中,会产生很多电磁干扰,这些电磁干扰以传导干扰为主。细分开去,传导干扰又可以分为差模和共模干扰两种,共模干扰通常要比差模干扰产生更大的辐射型EMI。目前来说,采用无源滤波技术是抑制传导EMI最有效的方法。

  EMI滤波器可以有效抑制电网噪声,提高开关电源充电器的抗干扰能力及可靠性。它的主要作用是对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除,得到所需要的有效信号。它是一种无源双向网络,一端是电源,另一端是负载,因此是一种阻抗适配网络。

  注意,开关电源的EMI滤波器要安装在电源线与开关电源之间,这样做的好处是,既可以用来抑制由电源线引出的传导干扰,又可以降低从电网引入的传导干扰,这对提高开关电源的可靠性非常有帮助。

  实际上,单级电源线滤波器对源和负载的阻抗是很敏感的,当它工作在实际的源和负载阻抗条件下,单级电源线滤波器很容易产生增益,而不是衰减。

  这种增益通常出现在150KHz~10MHz的频率范围内,其幅度可以达到10~20dB。因此,如果在产品上安装了一个不适合的滤波器,可能会导致增加发射强度或使敏感性变得更糟。

  如果我们使用两级或更多级的滤波器,可以让内部节点保持在相对稳定的阻抗上,这样对负载及源的阻抗依赖不会很大,可以提供接近50/50欧姆的指标性能。但不能忽视的是,这些滤波器的体积会更大,同时价格也更高。

  大多数电源线滤波器会采用共模电感和连接在相线间的X型电容来处理差模干扰。如果滤波器要用于解决开关电源电路产生的低频高强度干扰问题,则通常需要比X型电容所能提供的差模衰减更大的衰减,这时我们需要采用差模电感。

  但是,由于磁芯会发生饱和现象,所以很难以较小的体积来获得较大的电感量,这样操作的话,这些滤波器就会体积比较大同时花费价格也不菲。

  大多数电源线滤波器采用Y型电容,这些电容连接在相线与地线之间。为了确保电源线滤波器采用的Y型电容的泄漏电流不超过相关安全标准限定的地线允许泄漏值,这些电容的值大约为几微法。一般Y型电容应连接到噪声干扰较大的导线上(如开关电源中的整流器等)。

  对于应用于医疗设备中的开关电源(IEC60601标准),特别是与患者身体接触的,会要求地线泄漏电流值要非常低,这种情况下,使用任意一种Y型电容都是不行的,要解决这个问题,采用的滤波器就需要更大的电感或采用多级级联,因此它体积也较大,价格也较高。

  在较大的系统里,来自大量Y型小电容的地线泄漏会产生很大的地线电流,这样就会产生地线电压差,从而导致不同设备间的互连电缆上产生“嗡嗡”的交流声和瞬态高电平。

  针对这个情况,最佳的解决方案是采用等势三维地线搭接,但目前在许多陈旧的设施中仍然无法实现这一点。因此,用在大系统里的设备上的开关电源使用Y型电容很小或根本没有Y型电容的滤波器更为合适。

  我们在选择滤波器的时候,最好能选择满足安全认证的电源线滤波器,因为这些滤波器的安全性、可靠性、温度范围、额定电压和电流,以及恰当的安全标准的应用早已由厂家认证通过,这样有助于保障我们后续的使用安全。