﹡附录﹡
Beijing Creator Electronics Co.,Ltd
附录 A 电源线滤波器介绍
■ 电源线上的干扰
如果用示波器观察一下电力电网，会发现50Hz的电压上叠加着各种各样的干扰电压，既有毫伏级的连续干扰，也有数百伏甚至上千伏的瞬态干扰。这些干扰对电网中的设备会产生不同程度的影响。
我们可以将产生这些干扰的原因分为自然干扰源和人为干扰源。 典型的自然干扰源是雷电，空中发生雷电时，会伴随着强大的电磁场，电磁场会在空中的导体上感应出很高的电压，这就是干扰。雷电产生的干扰如此之大，不仅能导致设备误动作，甚至会造成电路损坏。
人为干扰源可以分为以下两种：
图 A-1 电网电压杂波
功能性能量发射设备：这类设备靠发射能量工作，如无线通信设备、雷达等，它们辐射到空间的能量
会感应到电力线上，形成干扰。另外，这些设备也会通过电源线直接将能量泄漏到电网上。
非功能性发射设备：这类设备并不依靠向外发射能量实现特定功能。但它们工作时，会向外发射额外的电磁能量，如工业 / 医学上使用的高频
仪器、信息处理设备、含马达的家用电器、使用可控硅的家用电器、开关电源等。这些设备在工作时会向空间和电网上发射电磁能量。 以往，当设备在干扰的作用下发生误动作时，人们往往将注意力集中在提高设备抗干扰性上，想方设法使设备能够在干扰环境中正常工作。但这不是一个彻底的解决办法；我们应一方面提高设备的抗干扰能力，另一方面在设计和制造电子设备时，要控制其辐射电磁波的能量。 这就是产品设计师们，应让自己设计的产品符合国际或国家的兼容性标准；使大家的设备工作在一个和谐的电磁环境中。
图 A-2 电磁兼容标准的内容
■ 电源线滤波器的作用
很多人认为电源线滤波器的作用是使设备能够满足电磁兼容标准中对传导发射和传导敏感度的要求，但这是不全面的；后面（第9节）将看到电源线滤波器对抑制设备产生较强的辐射干扰方面也很重要。严格地说，电源线滤波器的作用是防止设备本身产生的电磁干扰进入电源线，同时防止电源线上的干扰进入设备。电源线滤波器是一种低通滤波器，它允许直流或50Hz的工作电流通过，而不允许频率较高的电磁干扰电流通过。
电源线滤波器是双向的，它既能防止电网上的干扰进入设备对设备产生不良影响，使设备满足传导敏感度的要求；又能防止设备内的电磁干扰通过。电源线传到电网上，使设备满足传导发射的要求（图A-4）。能够产生较强干扰的设备和对外界干扰敏感的设备都要使用电源线滤波器。能够产生强干扰的设备有：含有脉冲电路（微处理器）的设备、使用开关电源的
设备、使用可控硅的设备、变频调速设备、含有马达的设备等。敏感电路如：使用微处理器的设备、小信号模拟电路等。
提示：订购前请详细了解本产品目录中的产品规格、技术参数，使用中相关的存储、使用环境及其他注意事项。 如有变动，恕不能及时通告；如有其它要求，请与业务人员联系。 相关技术资料更新请查阅：http://www.emc-pro.com 和 http://www.emc-pro.cn 公司信息网站。
图 A-3 电源线滤波器实物图
1
Copy Right 2000~2012
﹡附录﹡
Beijing Creator Electronics Co.,Ltd
图A-4 滤除设备传导发射的情况
■ 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，如图A-5所示。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。
区分干扰电流是共模还是差模可以从三个方面进行判断： a) 从干扰源判断：
雷电、设备附近发生的电弧、设备附近的电台或其它大功率辐射装置在电源线上产生的干扰是共模干扰；另外，如果发现电源线上的干扰是来自机箱内的线路板或其它电缆，则为共模干扰；这是因为通过空间感应在火线和零线上的干扰电流是同相位的。在同一路电力线上工作的马达、开关电源、可控硅等会在电源线上产生差模干扰。 b) 从频率上判断：
差模干扰的频率主要集中在1MHz以下，而共模干扰的频率一般分布在1MHz以上。这是由于共模干扰是通过空间感应到电源线上的，这种感应只有在干扰信号频率很高时才容易发生。 c) 用仪器测量：
如果有一台频谱分析仪和一只电流卡钳就可以进行测量。电流卡钳实际上是一个绕在磁芯上的线圈，当被测电缆穿过卡钳时，就形成了一个变压器；被测导体相当于变压器初级，卡钳中的线圈相当于变压器次级，电缆上的信号会耦合到卡钳中的线圈上，用频谱分析仪即可检测出来。
判断步骤如下：
（一） 将卡钳卡在火线或零线上，记录下某个感兴趣频率的干扰信号强度I（f1）。
（二） 将卡钳同时卡住火线和零线，若观察不到I（f1），则I（f1）完全是差模干扰，其中不含共模成份；若还能观察到I（f1），则I（f1）中包含共模干扰成份，要判断是否仅含共模成份，需进行步骤三的判别。
（三） 将卡钳分别卡住火线和零线，若两根线上测得的I（f1）的幅度相同，则I（f1）仅含共模成份；若不相同，则I（f1）中还包含差模成份。
图A-5 差模干扰电流和共模干扰电
提示：订购前请详细了解本产品目录中的产品规格、技术参数，使用中相关的存储、使用环境及其他注意事项。 如有变动，恕不能及时通告；如有其它要求，请与业务人员联系。 相关技术资料更新请查阅：http://www.emc-pro.com 和 http://www.emc-pro.cn 公司信息网站。 2
Copy Right 2000~2012
﹡附录﹡
Beijing Creator Electronics Co.,Ltd
■ 电源线滤波器的基本原理
电源线滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成，它允许直流或50Hz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，因此电源线滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。滤波器的基本电路如图A-6所示。
图A-6中，C1、C2是滤除共模干扰用的电容，一般称为Y电容，而C3、C4的作用是滤除差模干扰信号，一般称为X电容，L是电感线圈，一般绕制成共模扼流圈的形式。
共模扼流圈的绕法如图A-7所示，从图中可以看出，当负载电流流过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上的线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消；因此即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。而对于共摸干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会有较大的电感，从而起到衰减干扰信号的作用。
图A-6中的地线一般是金属机箱，当设备的机箱不是金属材料时，滤波器的地线一般与安全地相连；但由于安全地的阻抗很大，滤波器对共模干扰的衰减效果将大大降低。
图A-7 共模扼流圈的结构 图A-6 电源线滤波器的基本电路
■ 电源线滤波器的主要指标
当我们选用电源线滤波器时，应主要考虑三个方面的指标；首先是电压／电流，其次是插入损耗，最后是结构尺寸。由于滤波器内部一般是经过灌封处理的，因此环境特性不是主要问题。但是所使用的灌封材料和滤波电容器的温度特性对电源滤波器的环境特性有一定影响。 a) 电压、电流对使用效果的影响：
电源有直流和交流之分，与此相对应，许多厂家的电源线滤波器也分为直流和交流两种。从原理上讲，交流电源线滤波器既可用在交流电源上，也可以在直流电源上使用；但直流电源线滤波器不能用在交流的场合，这主要是因为直流滤波器中的电容器的耐压较低，并且有可能其交流损耗较大，导致过热。即使直流滤波器的耐压没有问题，由于直流滤波器中使用了容量较大的共模滤波电容器，如果用在交流的场合会产生漏电流超标的问题。因此直流滤波器绝对不能用在交流场合。交流滤波器用在直流的场合，从安全的角度看没有问题，但要付出成本和体积的代价；在样机阶段，如果手头正好有交流滤波器，可以代替直流滤波器。
当电源线滤波器的工作电流超过额定电流时，不仅会造成滤波器过热，而且会导致滤波器的低频滤波性能降低。这是因为滤波器中的电感在较大电流情况下，磁芯会发生饱和现象，使实际电感量减小。因此，确定滤波器的额定工作电流时，要以设备的最大工作电流为准，确保滤波器在最大电流状态下具有良好的性能，否则当干扰恰好在最大工作电流状态下出现时，设备会受到干扰或传导发射超标。
在确定滤波器的额定电流时，要留有一定的余量；特别是考虑到人们习惯上对交流电流称“有效值”，而不是交流电流的“峰值”，留有一定的余量是非常有必要的。一般滤波器的额定电流值应取实际电流值的1.5倍。 b) 插入损耗对使用效果的影响：
从抑制干扰的角度考虑，插入损耗是最重要的指标。插入损耗的定义如图A-8所示。插入损耗分为差模插入损耗和共模插入损耗，测量方法如图A-9。
图A-8 插入损耗的定义
提示：订购前请详细了解本产品目录中的产品规格、技术参数，使用中相关的存储、使用环境及其他注意事项。 如有变动，恕不能及时通告；如有其它要求，请与业务人员联系。 相关技术资料更新请查阅：http://www.emc-pro.com 和 http://www.emc-pro.cn 公司信息网站。
图A-9 插入损耗的测量方法
3
Copy Right 2000~2012
﹡附录﹡
Beijing Creator Electronics Co.,Ltd
■ 影响电源线滤波器外形尺寸的因素
由于许多设备在设计之初并没有考虑干扰滤波问题，因此安装滤波器的空间往往是一个很棘手的问题。即使在设计时考虑到了电磁兼容问题，人们往往也会认为电源线滤波器是一个可有可无的选装件，不愿意提供较大的空间。由此造成人们在选用滤波器时，经常将滤波器的体积作为一项重要的指标来考虑，总是希望滤波器的体积越小越好。
为什么两个滤波器的额定电流都是10A，而它们的体积会相差的很多？你是否会毫不犹豫地选择体积较小
图A-10 共模扼流圈与传导干扰抑制的关系
的一种？滤波器的体积主要是由滤波电路中的电感所决定，电感线圈的体积越大，滤波器的体积也越大。以下因素会影响电感的体积：
a) 额定电流：当滤波器的额定工作电流较大时，电感线圈要使用较粗的导线绕制，这自然会增加体积；另外，为了防止磁芯发生磁饱和现象，往往要使用体积较大的磁芯，这也会增加体积；
b) 低频特性：当需要滤波的干扰信号的频率较低时，共模扼流圈和差模扼流圈的电感量都需要很大，导致电感元件的体积增加。例如开关电源的频率越低，则需要滤波器中的电感量越大；
表A-1给出了滤波器中共模电感与电磁兼容标准和开关电源频率的关系。图A-10是不同电感量的共模扼流圈对低频传导干扰的抑制效果。
通过以上的分析，体积小的滤波器一定使用了体积较小的电感元件，它的电感为什么能小？是牺牲了电流容量，还是牺牲了低频特性？付出这些代价后，是否还能满足最核心的要求 抑制电磁干扰？另外，当滤波器的体积较小时，内部的器件一定靠得很近，这会降低滤波器的高频滤波性能，导致设备的辐射发射超标。这在实际使用中要特别注意。
表A-1
欧洲CE认证 电磁兼容标准 FCC GB9254 开关频率=100kHz 开关频率 =70kHz 开关频率 =50kHz 共模电感的电感量(mH) 3 8 10 15 30
■ 选用电源线滤波器时怎样确定所需要的插入损耗
首先在设备的电源入口处不安装滤波器，对设备进行传导发射和传导敏感度的测量，并与要满足的标准进行比较，看两者之间相差多少分贝，滤波器的作用是弥补上这个差距。见图A-11，以抑制设备的传导发射为例，给出了确定滤波器插入损耗的过程。首先将设备的传导发射值最大包络线（a）与标准给出的限制值线（b）相比较，计算其差值得到需要的插入损耗值（c）。由于电源线滤波器是低通滤波器，将插入损耗线（c）变换为低通滤波器插入损耗的形式（d），（d）就是滤波器需要提供的插入损耗值。注意，曲线（d）并不是低频滤波器的特性，而是一个带阻滤波器的特性，这是考虑到实际滤波器的非理想性（见下一节）。
但如果从厂家的产品样本上选择插入损耗值满足（d）的滤波器，十有八九会失败。因为
图A-11 确定滤波器的插入损耗
厂家产品样本上的数据是在滤波器两端阻抗为50的条件下测得的，而实际使用条件并不是这样。
因此在实际使用条件下，滤波器的插入损耗会有所降低。为了保险起见，在从产品样本中选择滤波器时，应加20dB的余量，这就得到了曲线（e）。从产品样本上选择滤波器，其插入损耗应满足曲线（e）的要求。
■ 实际电源线滤波器与理想滤波器的差距
理想的电源线滤波器是低通滤波器，但实际的电源线滤波器通常是带阻滤波器，如图A-12所示。造成这种差别的原因是电容器和电感器的非理想性。
电容器引线是有电感的，而电感线圈上又存在着寄生电容，尽管这些电感、电容很小，但当频率较高时，他们的影响是不能忽略的。因此由实际电感、电容器构成的低通滤波器电路在频率较高时，就变成了一个带阻滤波器电路，如图
图A-12 实际电源线滤波器与理想滤波器的差距
A-12所示。
提示：订购前请详细了解本产品目录中的产品规格、技术参数，使用中相关的存储、使用环境及其他注意事项。 如有变动，恕不能及时通告；如有其它要求，请与业务人员联系。 相关技术资料更新请查阅：http://www.emc-pro.com 和 http://www.emc-pro.cn 公司信息网站。 4
Copy Right 2000~2012
﹡附录﹡
Beijing Creator Electronics Co.,Ltd
此外，高频时器件之间的耦合也是造成滤波器在高频区间插入损耗减小的一个原因。从图A-13可以看到，器件之间的距离对滤波器的高频性能有很大影响。这种影响在1MHz时就已经很明显了。
因此，即使滤波器的电路结构完全相同，由于器件的特性不同、器件安装方式的不同、内部结构的不同，它们的高频性能会相差很多。滤波器的电路结构仅决定了滤波器的低频特性。要想提高滤波器的高频性能，生产时需要从许多方面注意制作工艺，如选用电感小的电容器、制作寄生电容小的电感、焊接时使电容
图A-13 器件之间距离对滤波器高频性能的影响
器的引线尽量短、在内部采取适当的隔离等。
■ 电源线滤波器高频插入损耗的重要性
许多人认为，既然传导发射极限值的频率上限是30MHz，那么就没有必要对滤波器的高频衰减提出要求。这是一个误解，也正是存在这种错误的概念，使许多人在使设备满足电磁兼容标准的过程中走了很长的弯路，浪费了大量的时间和经费。
由于设备上的电缆是高效的辐射天线，当电缆上有高频传导电流时，会产生强烈的辐射，使设备不能满足辐射发射极限值的要求。因此，当电源线上有高频干扰电流时，同样也会产生辐射，使设备的辐射发射超标。对于一个没有电磁兼容经验的人来说，这个问题是很难发现的；因为当他所开发的设备辐射发射超标时，他会从机箱、信号电缆等环节检查（这是许多教科书和培训班中所介绍的），而根本想不到会是电源线的问题。
特别是设备的电源线传导发射已经满足了标准要求时，他绝想不到应再次检查电源线是否有问题，所以，电源线滤波器的高频特性是十分重要的。 图A-14是某设备使用两只电路结构、参数完全相同的滤波器的辐射发射结果，一只滤波器在装配中Y电容的引线保留较长，导致高频滤波效果较差，结果设备的辐射发射超标；而另一只滤波器的Y电容引线很短，使滤波器具有较好的高频滤波效果，
设备辐射发射明显降低，并符合标准要求。滤波器高频性能差，可能对传导发射没有什么影响，但是对辐射发射影响很大。
图A-14 滤波器高频性能对辐射发射的影响
特别提示：当设备的辐射发射不合格时，别忘记检查电源线的共模传导发射，很多场合辐射发射的超标是由于电源线上的共模电流造成的。
■ 将电源线滤波电路直接安装在线路板上的利与弊
电源线滤波器的电路是如此简单，一个诱人的想法是直接将滤波电路安装在线路板上的电源线入口处，这样既能够节省空间，又能够降低成本；另外，由于滤波器的实际衰减特性与它所连接的网络有关，因此在实际使用中不可避免地要对滤波器的参数进行调整；将滤波器安装在线路板上，能够很方便地按照电路情况进行调整。
将滤波电路直接安装在线路板上从电路的角度看是完全可行的，但是从电磁干扰滤波的实际情况看，有些问题。首先，如果希望滤波器具有良好的高频性能（其重要性前面已经论述），Y电容的引线必须短，且应直接连接到金属机壳上；当将滤波电路器件安装在线路板上时，这一点是很难做到的，除非在设计线路板和安装结构时考虑这个问题。其次，机箱内线路板、电缆等产生的辐射会直接感应到滤波器电路上的各个部位，导致滤波器失效，如图A-15所示。这个问题在高频时尤其突出。从理论上讲，只要能够妥善解决以上的两个问题，将滤波电路直接安装在线路板上是完全可以的。
图A-15 安装在线路板上滤波电路可能会失效
提示：订购前请详细了解本产品目录中的产品规格、技术参数，使用中相关的存储、使用环境及其他注意事项。 如有变动，恕不能及时通告；如有其它要求，请与业务人员联系。 相关技术资料更新请查阅：http://www.emc-pro.com 和 http://www.emc-pro.cn 公司信息网站。 5
Copy Right 2000~2012
﹡附录﹡
Beijing Creator Electronics Co.,Ltd
■ 一个灵活的方案
如上所述，将滤波电路直接安装在线路板上有许多好处；特别是当设备功率较大或干扰频率较低时（电源线滤波器的体积往往较大），将滤波电路直接安装在线路板上的方案更值得考虑。但是要解决上面所提到的高频滤波问题，又是一个难点。
为了使设计人员方便地解决这个问题，本公司提供了图A-16所示的方案。图A-16中，一个关键的器件是安装在机箱面板上的内含电容滤波网络的插座。这个插座内部安装了共模扼流圈和滤波电容器，电容器的安装严格遵循引线最短、前后隔离的原则。之所以仅使用共模滤波网络，是因为差模干扰已被线路板上的滤波器滤除，感应到电源端口上的都是共模电流。
图A-16线路板上安装滤波器的方案
按照用户的特殊要求，滤波电容可以采用穿心电容；当使用穿心电容时，可以将滤波的有效频率范围拓宽到1GHz以上。
■ 电源线滤波器的正确安装方法
电源线滤波器从外观上看是一个两端口网络，许多人认为只要按照接线图将滤波器串在设备和电源之间就可以了。这是一个十分错误的概念。下面通过讲解几种连接方法的错误所在，使你了解和掌握应该怎样正确地安装电源线滤波器。 a) 电源输入线过长
这是一个很常见的错误；人们在安装滤波器时，通常并不注意其安装位置，而是在机箱内随便找一个方便的位置，将滤波器固定好，然后将导线连接上，这样就容易犯图A-17所示的错误；这里的错误是滤波器的电源输入端导线过长，其后果是电网上的干扰进入设备后，还没有经过滤波器，就通过空间耦合到线路板上，对电路造成干扰。而设备内部的干扰会直接感应到电源线上，传出设备。一定要记住，我们所涉及的电磁干扰都是频率较高的，它们极易辐射和通过空间耦合。
发生这种错误的另一个情况是，大部分设备的电源输入口安装在设备的后面板，而电源开关、指示灯等元件安装在设备的前面板；这样电源线进入设备面板后，先连接到前面板，然后再连接到滤波器上；这时，尽管滤波器距电源线入口很近，但是仍会出现同样的错误，如图A-17所示。
特别提示：不仅滤波器安装的位置要靠近电源线的入口，而且滤波器的电源输入线要短。
b) 滤波器输入线、输出线靠得过近: 图A-18中，滤波器的输入线和输出线捆扎在一起。这样，高频干扰信号实际会通过输入线和输出线直接发生耦合，而将滤波器旁路掉。 C) 滤波器接地不良
首先，我们必须明确滤波器的外壳必须“接地”，即必须接金属机箱，这从滤波器的电路（图A-6）中可以看出，只有当共模电容接地时，才能够将线路上的共模干扰旁路掉；同时为了对高频起到有效的旁路作用，要求电容的引线越短越好。当滤波器没有接地时，电路中的共模滤波电容实际是不起作用的。
正是为了接地，滤波器的外壳上通常有一个专用的地线接线端子。虽然这个接线端子的目的是为了方便地安装接地导线，但其却造成了一种滤波器使用中常见的错误；人们通常认为只要将这个接线端子接地就可以了，因此在实际设备中，常常见到人们用一根长导线将滤波器连接到设备机壳上（如图A-19所示），这时，这根接地线基本形同虚设，因为在高频时，长导线的阻抗是很大的，根本起不到对干扰有效旁路的作用。表A-2给出了不同直径、不同长度的导线在不同频率下的阻抗。
正确的安装方式是将滤波器的外壳大面积贴在设备金属壳的导电表面上。滤波器的理想安装方式如图A-20所示，滤波器直接贴在电源入口处，并在接触面上使用电磁密封衬垫，利用设备外壳实现隔离。
图A-20 滤波器的理想安装方式 图A-19 接地不良的滤波器
图A-18滤波器的安装错误 – 输入输出发生耦合 图A-17 滤波器的安装错误 电源线过长
提示：订购前请详细了解本产品目录中的产品规格、技术参数，使用中相关的存储、使用环境及其他注意事项。 如有变动，恕不能及时通告；如有其它要求，请与业务人员联系。 相关技术资料更新请查阅：http://www.emc-pro.com 和 http://www.emc-pro.cn 公司信息网站。 6
Copy Right 2000~2012
﹡附录﹡
Beijing Creator Electronics Co.,Ltd
另外下面的安装情况也都是不正确的：滤波器与设备金属壳之间有绝缘漆、滤波器根本没有接地、或者通过紧固螺钉连接。
表A-2 导线的阻抗 导线长度 = 10厘米 频率（Hz） 直径 = 6.5mm 直径 = 2.7mm 直径 = 0.65mm 10 51.4 327 5.29 m 1k 429 632 5.34 m 100k 42.6 m 54 m 71.6 m 1M 426 m 540 m 714 m 10M 4.26 m 5.4 7.14 50M 21.3 27 35.7 100M 42.6 54 71.4 特别提示：导线的直流电阻和交流阻抗是完全不同的，滤波器绝不能靠单根导线接地，而要与设备金属外壳之间有大面积的导电接触。
■ 要注意信号电缆对电源线电缆的影响
由于电源线和信号电缆线通常安装在一块面板上，因此电源线与信号电缆之间的耦合是不可避免的。这时，尽管电源线经过精心处理，完全没有问题，但是在测量时会出现传导发射超标的现象。这种干扰实际是从信号电缆上耦合过来的，如图A-21 所示。这时，如果不对信号电缆进行处理，传导发射是无法达标的。实际上，当信号电缆上有较强的传导干扰时，还会导致设备的辐射发射超标。因此，遇到这种情况，一定要对信号电缆采取措施，如采取屏蔽或在接口处使用滤波器或滤波连接器。
判断这种情况，只需要将电源线周围的电缆拔掉，再次测量设备的传导发射，观察是否仍然超标；如果不超标了，说明是信号电缆的影响。
图A-21 信号电缆与电源线之间的耦合
提示：订购前请详细了解本产品目录中的产品规格、技术参数，使用中相关的存储、使用环境及其他注意事项。 如有变动，恕不能及时通告；如有其它要求，请与业务人员联系。 相关技术资料更新请查阅：http://www.emc-pro.com 和 http://www.emc-pro.cn 公司信息网站。 Copy Right 2000~2012
7
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容