电源滤波器和电磁干扰滤波模块及应用

简介：介绍了模块电源滤波器的原理，并重点介绍了用于模块式电源的电磁干扰滤波模块VI—IAM的原理、参数，最后给出了应用电路。

1引言

随着电子技术的发展，各种用电设备相继出现，用户对电源的要求多样化，要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化也迫使电源向轻、薄、小和高效率的发展方向。随着微电子技术的发展，电源电路的集成度得到很大提高，从而使电源电路极大地简化。各电源专业厂家制造了品种多样、规格齐全的标准化、系列化的模块电源。模块电源是由厂家采用优化的最佳电路，利用先进工艺制造完成的整体电源。使用时只需加少量分立元件就可完成设计任务。

模块电源大多都是开关型功率变换器，即开关电源，它工作时，内部的电压和电流波形都是以非常短的时间上升和下降的，所以，开关电源本身就是一个时频干扰发射源。滤波是抑制干扰的一种很好的方法。在电源输入端接上滤波器可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰，也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。本文就常用滤波器的性能及滤波模块做一介绍。

2电源滤波器

滤波电路中，有很多专用的滤波元件(如铁氧体磁环)，它们能够改善电路的滤波特性，恰当地设计和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分，开关电源通过电源线引入和射出的噪声有差模和共模之分。差模噪声指电源两条输入线相对大地或系统基准点大小相等、方向相反的噪声，共模噪声则是指大小相等、方向相同的噪声，对于差模噪声进行抑制时采用开关电源输入滤波器为π型滤波如图1所示。

 

图中LD为滤波扼流圈。若要对共模噪声有抑制能力，可采用图2所示电路。

 

图中LC为共模扼流圈，由于LC的两个线圈绕向一致，当电源输入电流流过LC时，所产生的磁场可以互相抵消，相当于没有电感效应。因此，它使用导磁率高的磁芯。LC对共模噪声来说，相当于一个很大电感量的电感，故它能有效地抑制共模传导噪声。开关电源输入端分别对地并接的电容CY对共模噪声起旁路作用。共模扼流圈两端并联的电容CX对共模噪声起抑制作用。R为CX的放电电阻，它是VDE—0806和IEC—380安全技术条件标准所推荐的。图2中各元件参数选择范围：CX:0.1～2μF;CY:2200～0.33μF;LC:几mH～几十mH，随着工作电流不同而取不同的参数值。如电流25A进，LC为1.8mH;电流为0.3A时，LC为47mH。另外在滤波器元件选择中，一定要保证输入滤波器的谐振频率低于开关电源的工作频率。由于随着电源工作频率的升高，滤波器对运行噪声将更加容易抑制，所以设计中要注意滤波器在工作频率低时的抑制效果。为了进一步提高差模噪声的抑制能力，可采用图3所示的电源滤波器，图中四只电容器分别为CX和CY。CX电容器接在单相电源线的火线和零线之间，它上面除加有电源的额定电压外，还会迭加上火线和零线之间存在的各种电磁干扰峰值电压。为保证电容器失效后，不会导致工作人员遭电击，不危及人身安全，并考虑到使用中最坏的情况，CX安全等级分为X1和X2类，CX电容器等级为X1时，可用于设备的峰值电压大于1.2kV场合，等级为X2时，可用于设备的峰值电压小于1.2kV的场合;等级为X2时，可用于设备的峰值电压小于1.2kV的一般场合。另外通过限制CY的容量达到控制在规定电压频率作用下，流过该电容器漏电流的大小。若为装设在可移动设备上的电源滤波器，其交流漏电流应低于1mA;若为装设在位置固定且接地的设备上的电源滤波器的交流漏电流应小于3.5mA，再根据漏电流的要求计算CY的容量，其关系为：

Ii=2πfCYU

f—电源频率;U—电源供电电压

LD是用来进一步抑制差模噪声的差模扼流圈。因为LD引入将使电容CX的充电电流减少，达到了抑制差模噪声的目的。

 

3电磁干扰滤波模块VI—IAM的特点及应用

模块式电源生产厂家为了方便用户，推出了电磁干扰滤波模块，使用方便,VI—IAM为典型的输入抑制模块，它为直流输入前端滤波器，可与VI—200系列24V、48V和300V输入DC/DC模块组成输出电压从1～95VDC、输出功率从25～800W的高效率、高功率密度电源系统。

3.1VI—IAM模块特点

VI—IAM模块输入直流电压可为24V、48V或300V，带有输入反极性保护和瞬态保护，模块效率可达97%，浪涌电流限制符合IEC—801—5标准，电磁干扰和辐射干扰指标达到FCC—A、VDE—A有关规定。该模块具有适用温度范围广、驱动负载能力强的特点。[!--empirenews.page--]

3.2VI—IAM输入抑制模块内部电路框图及原理

VI—IAM模块内部电路框图如图4所示，它由输入EMI滤波电路、过压保护电路、过流保护电路和同步电路等组成。直流输入电压经EMI滤波后，经过开关管T1输出，开关管T1栅极由后级DC/DC变换器的Gate out控制，当Gate out脚为高电平时，开关管导通，当Gate out脚为低电平时，开关管截止，使模块输出相应的方波电压供给后级DC/DC模块电源。若过压或过流保护电路动作后，开关管被关断，同时控制Gate in脚电压将后级DC/DC模块关断。Gate in信号是漏极开路方式输出，若栅极所加控制信号使场效应管T2导通，T2的漏极变为低电平，使与其相连的后级DC/DC模块的Gatein信号也变为低电平，则后级DC/DC模块被关断，起到对负载的保护作用。

 

3.3VI—IAM模块主要性能指标

表1为VI—IAM模块主要性能指标，其指标都是在标称输入、满负载、环境温度为+25℃条件下的测量值。

3.4VI—IAM模块引脚连接及应用

(1)VI—IAM模块引脚连接

VI—IAM模块引脚连接方法见表2所列.

(2)VI—IAM模块应用电路

图5所示为VI—IAM与VI—200DC/DC模块连接图，图中各DC/DC模块的Gate in信号输入引脚要隔离二极管D3，二极管负极连在一起，与VI—IAM模块的Gate in相连。因此，当VI—IAM模块的信号为低电平时，所有模块将被关断,责制从而保护负载。VI—IAM模块的Gate out与第一个DC/DC模块的Gate out引脚连接，其它DC/DC模块的Gate out引脚经滤波电容C2和二极管D1，且各二极管的负极连在一起与VI—IAM模块并联(Paral-lol)信号引脚连接。此外，VI-IAM模块的正输出引脚与其它DC/DC模块的Gate out引脚之间还要连接正向二极管D2，这样各模块Gate out引脚的电位完全一样。

 

4结束语

本文介绍了模块式电源抗噪声干扰常用的滤波器及滤波模块，并给出了VI—IAM模块的具体应用。在模块式电源设计中，用电源滤波模块将是简化设计、提高抗干扰性能的有效途径。应用新器件、新模块设计出更加优良的模块式电源是电源厂家及应用者努力的方向.