《电磁兼容原理、技术及及应用》第4章 滤波

EMC知识电磁兼容及电源滤波器概述EMC的核心目标是保证各种设备的正常工作，同时也保证设备不会对周围的环境和其他设备造成无线电干扰。

它涉及到电磁辐射和电磁敏感性两个方面的问题。

电磁辐射是指电子设备在运行过程中产生的电磁波辐射到周围环境中的现象。

这种辐射可能对其他设备和电子设备本身造成干扰。

因此，对于电磁辐射，我们需要采取相应的措施来限制辐射的幅度，以保证设备在一定的电磁辐射标准内运行。

电磁敏感性是指电子设备受到周围环境中的电磁波干扰所产生的敏感性。

这种干扰可能导致设备失效或不正常工作。

因此，对于电磁敏感性，我们需要采取相应的措施，如屏蔽和过滤，使设备能够在一定干扰环境下正常工作。

为了满足EMC要求，我们通常会使用电源滤波器。

电源滤波器是电磁兼容性设计中的关键元件，其功能是限制电源线上的干扰电压和电流，使其不会通过电源线传播到其他设备中。

电源滤波器通常由电容和电感组成，可以减少线路中的高频噪声以及回路中的共模噪声。

其基本原理是通过电感的电流引起的电压降低来抑制电磁噪声。

电源滤波器有几种常见的类型，包括单级电源滤波器、多级电源滤波器以及LC型电源滤波器等。

根据不同的需求和应用场景，我们可以选择不同的电源滤波器类型。

在设计电源滤波器时，需要考虑的关键参数包括通带插入损耗、阻带衰减、通频带范围以及功率损耗等。

这些参数决定了电源滤波器的性能和效果。

总之，EMC和电源滤波器是电磁兼容性设计中必不可少的部分。

EMC 旨在保证各种电子设备和电磁系统之间的相互兼容性，而电源滤波器则是用于减少电源线上的干扰，以保证设备正常工作。

只有在满足EMC要求的前提下，各种电子设备才能在同一环境下稳定工作。

电磁兼容中滤波器的工作原理同一个滤波器，在某个情况下可以工作得很好。

但在另一种情况下就可能工作得很差。

所以，在进一步讨论之前，至少应该对我们所需要使用的滤波器的基本工作原理有所了解。

滤波器是通过对沿着一个导体流动的信号造成阻抗的不连续性来达到对该信号滤波目的的。

这个阻抗不连续性越大，被滤波的信号衰减也就越大。

假如，一个导体对一个无用信号的阻抗为1002，而现在，我们又将另一个1k2的阻抗串接其中，其结果是，大约只有该无用信号的10%能得以通过这个高阻抗一一个大约为20B的衰减。

通过使用一个低阻抗与上例中的100Ω导体相并联（分流），也可以达到类似的效果。

假如并联电阻的阻值仅为102的话，则这种设计也将能提供大约20dB的衰减。

如右图中显示了各种基本的EMC（低通）滤波器。

一些最简单的类型仅为一个电阻或一个电感。

它们在电路中的存在，形成了一个串联的高阻抗。

这类滤波器的最佳使用场合是无用信号为低阻抗的情况。

仅为一个电容的简单滤波器类型，形成的则是并联的低阻抗。

当将它们用于无用信号为高阻抗情况下，它们的性能将处于最佳状态。

但在实际应用中，很少有可能会达到它们技术数据中所列举的衰减值。

这是因为，它们的应用性能还依赖于它们的RF接地完整性（理想化情况下，在所有的频率上，它们都应具有零阻抗）。

事实上，这也是永远不可能达到的。

同时，在实际应用中，还会由于电阻本身的寄生旁路电容的存在，在高频状态下，它们会在相当程度上丧失它们的原有电阻性能。

而电感也会由于它自身的寄生旁路电容的存在造成其电感性能的变差或大部分丧失。

况且，还会由此而引起自谐振，而限制了它们的高频性能。

用于EMC的电感，最好是具有闭合的磁路（诸如环形的、圆筒形的等，以及其他不带空气隙的形状）。

不幸的是，这意味着在大电流情况下，可能会由于饱和而造成它们的性能下降（将在后面做进一步的讨论）。

电容同样会由于其自身以及引线电感而引起谐振，并限制了它们的高频性能。

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实验失败，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。

滤波技术在电磁兼容设计中的应用滤波技术在电磁兼容设计中的应用，对于解决电磁干扰问题至关重要。

电磁干扰是指外界电磁场对电子设备的正常工作产生的干扰，它可能导致设备功能异常，性能下降，甚至毁坏设备。

滤波技术能够有效地抑制电磁干扰，提高电子设备的抗干扰能力，保证设备的正常运行。

在电磁兼容设计中，滤波技术主要包括三种类型的滤波器：功率线滤波器、信号线滤波器和天线滤波器。

功率线滤波器用于电源线上的滤波，经过滤波器的电源信号会被滤波器削弱，以减小电源信号中的高频噪声和谐波。

功率线滤波器通常由电感和电容构成，它能够有效地滤除来自电源线的高频噪声，保证电子设备的稳定运行。

功率线滤波器还可以用于防止设备内部的高频信号通过电源线泄漏到外界。

信号线滤波器用于信号线上的滤波，特别是对于高速数字信号和模拟信号的处理。

信号线滤波器主要由电感和电容构成，它能够滤除信号线上的高频噪声和谐波，提高信号的纯度和抗干扰能力。

信号线滤波器可以应用于各种类型的通信线路，例如USB线、HDMI线等。

天线滤波器用于天线上的滤波，它主要用于抑制天线接收到的无线电频段中的干扰信号。

天线滤波器可以滤除来自外界的无线电干扰信号，提高天线的接收能力和抗干扰能力。

天线滤波器通常由电感、电容和滤波器芯片构成，根据应用场景的不同，天线滤波器可能需要频率选择性的滤波，以适应不同的无线电频段。

此外，滤波技术还可以应用于电源板和电路板的设计中。

电源板上的滤波器可以滤除电源波动和噪声，提供清洁稳定的电源信号。

电路板上的滤波器可以滤除电路产生的高频噪声和谐波，减小对周边电子设备的干扰。

综上所述，滤波技术在电磁兼容设计中具有重要的应用价值。

通过合理地设计和应用滤波器，可以有效地减小电磁干扰，提高电子设备的抗干扰能力，保证设备的正常运行和长期稳定性。

随着技术的不断发展和应用的不断深入，滤波技术在电磁兼容设计中的应用将会越来越广泛。

滤波器在电力电子设备中的电磁兼容随着电力电子设备在各个行业的广泛应用，电磁兼容性问题日益凸显。

而滤波器作为一种重要的电子元件，在电力电子设备中起到了关键的作用。

本文将探讨滤波器在电力电子设备中的电磁兼容性问题，并就其原理、分类和应用进行分析。

一、滤波器的原理滤波器是一种能够选择性地透传或阻断特定频率信号的电子元件。

其基本原理是利用电感、电容和电阻等元件对输入信号进行频率选择，以滤除干扰或噪声，从而保证设备正常工作。

滤波器的主要作用是削弱或消除电力电子设备中产生的高频噪声，降低电磁辐射水平，提高设备的抗干扰能力。

二、滤波器的分类根据滤波器的工作频率范围，可以将其分为低频滤波器、中频滤波器和高频滤波器三种类型。

低频滤波器主要用于消除电源输入端的交流干扰信号；中频滤波器一般应用于直流电机驱动等中频电力电子设备；高频滤波器则用于消除高频电磁干扰信号。

根据滤波器的结构形式，可将其分为被动滤波器和主动滤波器两种类型。

被动滤波器是指由电感和电容等被动元件构成，主要通过阻抗匹配来滤除干扰信号。

而主动滤波器则以放大器为核心，通过反馈电路实现滤波效果。

三、滤波器的应用滤波器在电力电子设备中有着广泛的应用。

首先，滤波器常用于直流电源和交流电源输入端，以消除输入端的干扰信号，保证设备的正常工作。

其次，滤波器可以用于驱动直流电机的PWM（脉宽调制）变换器中，以消除开关频率产生的高次谐波，降低电机的噪声和振动。

此外，滤波器还可以用于直流电压变换器、逆变器、稳压器等电力电子设备中，以提高系统的电磁兼容性。

滤波器的选择与设计是保证电力电子设备电磁兼容性的重要环节。

在实际应用中，应根据设备工作频率、线路阻抗、降低电磁辐射水平等需求来选择合适的滤波器。

常见的滤波器设计方法包括LC滤波器、Pi型滤波器、LCL滤波器等。

设计滤波器时，还需综合考虑元件损耗、尺寸、成本等因素。

总之，滤波器作为电力电子设备中的重要组成部分，对于保障设备的电磁兼容性起着至关重要的作用。

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。

关键词：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。

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 滤波器的作用任何直接穿透屏蔽体的导线都会造成屏蔽体的失效。

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。

电磁兼容滤波知识1时域和频域当我们在示波器上查看电信号时，会看到一条线，表示电压随时间的变 化。

在任何特定时刻，信号只有一个电压值。

我们在示波器上看到的是信号的时域表示。

典型的示波器很直观，但它也有一定的限制性，因为它不直接显示信号的频率内容。

与时域表示相反，频域表示（也称为频谱）通过识别同时存在的各种频率分量来传达关于信号的信息。

正弦波（顶部）和方波（底部）的时域表示正弦波（顶部）和方波（底部）的频域表示2什么是滤波器滤波器是一个电路，其去除或“过滤掉”特定范围的频率分量。

换句话说，它将信号的频谱分离为将要通过的频率分量和将被阻塞的频率分量。

让我们假设我们有一个由完美的5 kHz正弦波组成的音频信号。

我们知道时域中的正弦波是什么样的，在频域中我们只能看到5 kHz的频率“尖峰”。

现在让我们假设我们激活一个500 kHz振荡器，将高频噪声引入音频信号。

在示波器上看到的信号仍然只是一个电压序列，每个时刻有一个值，但信号看起来会有所不同，因为它的时域变化现在必须反映5 kHz正弦波和高频噪音波动。

然而，在频域中，正弦波和噪声是在该一个信号中同时存在的单独的频率分量。

正弦波和噪声占据了信号频域表示的不同部分（如下图所示），这意味着我们可以通过将信号引导通过低频并阻挡高频的电路来滤除噪声。

3滤波器的类型如果滤波器通过低频并阻止高频，则称为低通滤波器。

如果它阻挡低频并通过高频，它就是一个高通滤波器。

还有带通滤波器，其仅通过相对窄的频率范围，以及带阻滤波器，其仅阻挡相对窄的频率范围。

还可以根据用于实现电路的组件类型对滤波器进行分类。

无源滤波器使用电阻、电容、电感；这些组件不具备提供放大的能力，因此无源滤波器只能维持或减小输入信号的幅度。

另一方面，有源滤波器既可以滤波信号又可以应用增益，因为它包括有源元件，如晶体管或运算放大器。

基于流行的Sallen-Key拓扑结构的有源低通滤波器4RC低通滤波器为了创建无源低通滤波器，我们需要将电阻元件与电抗元件组合在一起。

电磁兼容及电源滤波器概述近年来，电磁干扰问题越来越成为电子设备或系统中的一个严重问题，电磁兼容技术已成为许多技术人员和管理人员十分重视的内容。

原因是：1.电子设备的密集度已成为衡量现代化程度的一个重要指标，大量的电子设备在同一电磁环境中工作，电磁干扰的问题呈现出前所未有的严重性；2.现代电子产品的一个主要特征是数字化，微处理器的应用十分普遍，而这些数字电路在工作时，会产生很强的电磁干扰发射。

不仅使产品不能通过有关的电磁兼容性标准测试，甚至连自身的稳定工作都不能保证；3.电磁兼容标准的强制执行使电子产品必须满足电磁兼容标准的要求；4.电磁兼容性标准已成为西方发达国家限制进口产品的一道坚固的技术壁垒。

入世后，这种技术壁垒对我们的障碍会更大。

一电磁兼容概述电磁兼容定义（Electromagnetic Compatibility即EMC）国军标（GJB72-85）中给出电磁兼容的定义是：“设备（系统、分系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。

即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其它设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其他设备（系统、分系统）因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。

”名词解释：电磁骚扰Electromagnetic disturbance：——任何可能引起装置、设备或系统性能低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。

注：电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化”。

（EMI）电磁干扰Electromagnetic interference :——电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降”。

从直流到300GHZ。

（RFI）射频干扰 Radio frequency interference:——不需要的无线电噪声（广播）频率在 10KHZ---1000MHZ。

（EMP）电磁脉冲Electromagnetic pulse:——宽带高密度瞬变现象，如闪电、核爆炸。

滤波器，是对波进行过滤的器件。

“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。

该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。

因为自变量时间‘是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。

随着数字式电子计算机(一般简称计算机)技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。

也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖以生存的各种信息的载体。

信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。

信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变，有时，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。

下面介绍几种关于滤波器的几种响应。

1.巴特沃斯响应（最平坦响应）巴特沃斯响应能够最大化滤波器的通带平坦度。

该响应非常平坦，非常接近DC信号，然后慢慢衰减至截止频率点为-3dB，最终逼近-20ndB/decade的衰减率，其中n为滤波器的阶数。

巴特沃斯滤波器特别适用于低频应用，其对于维护增益的平坦性来说非常重要。

2.贝塞尔响应除了会改变依赖于频率的输入信号的幅度外，滤波器还会为其引入了一个延迟。

延迟使得基于频率的相移产生非正弦信号失真。

就像巴特沃斯响应利用通带最大化了幅度的平坦度一样，贝塞尔响应最小化了通带的相位非线性。

3.切贝雪夫响应在一些应用当中，最为重要的因素是滤波器截断不必要信号的速度。

如果你可以接受通带具有一些纹波，就可以得到比巴特沃斯滤波器更快速的衰减。

附录A包含了设计多达8阶的具巴特沃斯、贝塞尔和切贝雪夫响应滤波器所需参数的表格。