【導(dǎo)讀】當(dāng)今高科技產(chǎn)品之所以能迅速向高性能、小型化、復(fù)合化方向發(fā)展是建立在電子元器件先行實現(xiàn)高性能、小型化、復(fù)合化的基礎(chǔ)之上的；高性能、小型化、復(fù)合化已成為當(dāng)今世界高科技產(chǎn)品迅速發(fā)展的必然趨勢。BDL EMI濾波器是其中一個為世人注目的高科技新產(chǎn)品，英文名稱BDL（Balanced Dual-Line EMI Filter）它從1999年問世和在美國注冊專利以來，已廣泛應(yīng)用于通信、網(wǎng)絡(luò)、軍事、航空、航天、醫(yī)療、消費(fèi)電子、連接器等的電磁兼容領(lǐng)域之中。
BDL優(yōu)勢極其明顯：
● 有極好的差模/共模噪聲抑制效果!
● 降低系統(tǒng)噪聲轉(zhuǎn)換情況：
共模噪聲轉(zhuǎn)換成差模噪聲會降低系統(tǒng)的抗干擾能力!
差模噪聲轉(zhuǎn)共模噪聲會增加系統(tǒng)往外輻射的能量價格節(jié)省將近85%!
● 優(yōu)化PCB面積：＞70%!
● 器件體積平均減少73%! 滿足超薄設(shè)計需求！
● 直接取代共模電感+2-3個濾波電容的傳統(tǒng)L-C濾波電路！
● 具有更良好的溫度和振動特性,直接達(dá)到125 ℃車規(guī)級 。
● 用于DC-DC濾波優(yōu)勢明顯 。
與傳統(tǒng)濾波電路28:1噪聲幅值抑制；
頻域噪聲抑制最大達(dá)41dBuVZ;
可同時降低傳導(dǎo)/輻射發(fā)射。
當(dāng)然“寶刀”贈英雄，方顯其鋒芒！各路英雄如有意，寶刀秘籍在此取 kang@topleve.com
1、BDL EMI濾波器的特色
雖然BDL的電原理圖和一般的EMI濾波器區(qū)別不大，它不過是由兩個Y電容和一個X電容構(gòu)成的一般EMI濾波器而已，見圖1a)所示。如果進(jìn)一步觀察它具有結(jié)構(gòu)特征的電理圖，就會發(fā)現(xiàn)它的與眾不同之處，見圖1b)。
它具有如下特征：
1. 具備標(biāo)準(zhǔn)旁路電容的一切功能。
2. 增設(shè)兩個并聯(lián)的參考電極G1、G2，他們包圍和分離電容的兩個電極后構(gòu)成法拉第屏蔽籠，或構(gòu)成同軸線結(jié)構(gòu)方式，這種電極配置方式是任何BDL組件所必需的。
3. 以上結(jié)構(gòu)特征把原本不平衡的一個單端組件創(chuàng)造性地改造成為一個雙端平衡組件，即改造成為由兩個標(biāo)稱值完全相等的電容組成。
4. 電容的兩個電極和參考電極G1、G2的結(jié)構(gòu)尺寸遵循20H設(shè)計原則，使向外的電磁輻射減小70%。
5. 以上結(jié)構(gòu)特征使BDL的ESR、ESL降到最低。
6. BDL平衡組件還具有以下特點：
（1）線—地電容匹配（不平衡度在1～2.5以內(nèi)）。
（2）對溫度變化具有對消作用。
（3）對電壓變化具有對消作用。
（4）對兩個電極具有同等老化的作用。
2、BDL EMI濾波器的結(jié)構(gòu)及其裝配示意圖
BDL EMI濾波器的結(jié)構(gòu)是由A、B多層電容器＋屏蔽電極構(gòu)成，如圖2a)所示；BDL的內(nèi)外結(jié)構(gòu)示意圖如圖2b)所示。
3、BDL EMI濾波器和常規(guī)EMI濾波器的比較
以下舉常規(guī)的雙線式和貫通式EMI濾波器和BDL EMI濾波器進(jìn)行比較，他們的結(jié)構(gòu)和電原理圖見圖3。
1. 雙線式EMI濾波器存在的不足
（1）存在串音干擾。
（2）對消作用不理想。
2. 貫通式EMI濾波器存在的不足
（1）僅為單端。
（2）受到電流的限制。
3. BDL EMI濾波器的優(yōu)點
（1）串音抑制性能超群
（2）不受到電流的限制。(因為它是并聯(lián)使用)
分析如下：
單線屏蔽的串音抑制效果
如果我們對BDL EMI濾波器中的一個電極記進(jìn)行屏蔽，那么雙線間的串音抑制效果取決耦合電容Cc’和屏蔽層對地搭接阻抗Zb的分壓，由于Zb＜＜Xc’可近似表達(dá)為：
Zb/Xc’
因此，對地搭接阻抗Zb越小，雙線間的串音抑制效果越好。
雙線屏蔽的串音抑制效果
如果我們對BDL EMI濾波器的兩個電極都進(jìn)行屏蔽 ，那么雙線間的串音抑制效果可近似表達(dá)為：
Zb2/Xc1 Xc“
因此，雙線間的串音抑制效果將進(jìn)一步得到提高。
BDL的串音抑制效果
如果我們把兩個屏蔽層的間隔減為另并合而為一，結(jié)果Xc“將趨于無窮大，為此串音也就不復(fù)存在。
c.對共、差模噪聲的抑制
下面舉一個正常工作的電路為例,說明由于共模電流引起差模噪聲的過程，見圖6。
具有信號電壓Vs和內(nèi)阻抗Zs的信號源通過特性阻抗Zw的電纜將信號電壓Vs傳遞給負(fù)載阻抗ZL；當(dāng)電路接地的地平面有各種不期望的地電流流過時，在地平面阻抗ZG上的壓降Vi就是共模噪聲。注意，對于共模噪聲Vi存在兩個ABCD地電流回路，其中一個地電流回路有回路阻抗Zw；另一個地電流回路有回路阻抗Zs、Zw、和ZL。由于兩個地電流回路的阻抗不平衡必然會在負(fù)載阻抗ZL上產(chǎn)生壓降Vo。Vo就是差模噪聲，換句話說由于電路的不平衡共模噪聲可以轉(zhuǎn)換為差模噪聲。
因此抑制地電流的關(guān)鍵是阻斷地電流的傳遞信道或降低地電流的數(shù)量；抑制共模噪聲轉(zhuǎn)換為差模噪聲的關(guān)鍵是采用平衡電路如采用差分電路等。
采用BDL可以解決上述問題的第一種分析方法：是因為它具有阻斷地電流噪聲和流向電容器A、B電極和將A、B電極上的旁路噪聲到地功能，見圖7。
關(guān)于具有阻斷地電流噪聲的功能可由圖8 BDL電極間的電荷分布情況看到，當(dāng)?shù)仉娏髌髨D流向+、-電極時，由于它所產(chǎn)生的磁場和+、-電極電流的磁場相反，所以被阻斷。
采用BDL可以解決上述問題的第二種分析方法：是因為BDL能大大減小地電流回路的面積。下面應(yīng)用右手定則比較常規(guī)電容和BDL形成地電流回路面積的區(qū)別。
圖9中的黃色面積是常規(guī)電容的地電流回路面積，由地電流流過A、B電極的方向可知，A、B電極所產(chǎn)生的磁力線是相互疊加的；
同樣圖10中的黃色面積是BDL的地電流回路面積，此地電流回路面積僅由A、B兩個電極間的間距所構(gòu)成，因此地電流回路面積大大減小，由地電流流過A、B的方向可知，A、B電極所產(chǎn)生的磁力線是相減的。
我們也可以用另一種方法來描繪BDL A、B電極所產(chǎn)生磁力線的相互對削過程，見圖11。
圖11 BDL內(nèi)部A、B電極磁力線對消和常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)電容外部磁力線對消的比較
由圖11看到BDL內(nèi)部的A、B電極磁力線在中間地電極發(fā)生對消；常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)容C1、C2所產(chǎn)生的磁力線在外部發(fā)生對消而在內(nèi)部磁力線是相互疊加的。
所以，對共、差模噪聲的抑制BDL也可以采用圖12的示意圖表示：
采用BDL可以解決上述問題的第三種分析方法：是BDL具有極好的平衡特性，因此抑制地電流的功能也極好。BDL的平衡特性可由以下的測試曲線證實。
圖13 BDL兩個對稱電容在微波夾具中測得的幅值和相位
數(shù)據(jù)顯示BDL被試樣件為1206 100nF、測量頻率30KHz～6GHz,測試結(jié)果表明：兩個對稱電容的幅度誤差＜0.1dB；相位誤差為另。從相位測試中發(fā)現(xiàn)在頻率26.7967MHz點出現(xiàn)自諧振點。
采用BDL差分電路抑制共模噪聲向差模噪聲轉(zhuǎn)換的具體電路見圖14。
d. BDL可以根據(jù)不同情況采用不同的電路連接方法（見圖17）
圖15 BDL不同的連接方法
從左到右依次為：差分電路、一個單端電路（將BDL兩個相同的電容并聯(lián)）、兩個單端電路（將BDL兩個相同的電容分別使用）。
要注意BDL 的正確接地方法，見圖16
圖16 BDL一端接地和兩端接地的比較
由圖16測試曲線可以看出BDL一端接地要比兩端接地的插入損耗小，在6GHz處約小20dB、0.045GHz處約小10dB、3GHz處約小15dB,所以頻率越高一端接地的插入損耗越小，為了提高BDL的插入損耗性能，正確的接地方法應(yīng)是兩端接地（G1、G2都要接地）。
4、BDL EMI濾波器的應(yīng)用實例
1.馬達(dá)的EMI抑制
帶防風(fēng)罩洗滌泵直流馬達(dá)
a.原濾波配置
圖17帶防風(fēng)罩洗滌泵直流馬達(dá)及原濾波電路和濾波組件
b.采用BDL濾波配
帶防風(fēng)罩洗滌泵直流馬達(dá)及BDL濾波電路
c.輻射測試結(jié)果的對比
觸電刷洗滌器直流馬達(dá)
a.原濾波配置
圖22 高速直流馬達(dá)沒有濾波器、應(yīng)用原濾波器和應(yīng)用BDL濾波器的輻射（100KHz～1GHz）對比
2.單板機(jī)
b.抑制EMI的組件—磁珠和BDL的實物圖片比較
c.傳導(dǎo)測試結(jié)果的對比
d.輻射測試結(jié)果的對比－1
e.輻射測試結(jié)果的對比－2
圖27單板機(jī)沒有濾波器、磁珠、帶磁珠BDL、BDL的輻射（200MHz～1`GHz）對比
3.連接器的EMI抑制技術(shù)
圖28顯示BDL斜跨并焊接在上下兩排插針之間，所以D型插座可利用的插針數(shù)為24針。每根插針上都有1/2個BDL濾波器，見圖15。
4.開關(guān)電源的EMI抑制技術(shù)
a. 開關(guān)電源的常規(guī)濾波電路和LC組件
圖29開關(guān)電源的常規(guī)濾波電路
為了抑制開關(guān)電源的寬頻帶干擾能量需要組合各種不同值的電容，并要求盡可能小的ESL和ESR。
b.開關(guān)電源采用BDL的濾波電路
BDL EMI濾波器不僅可以滿足上述要求，還可以大大縮小體積。
韜略科技經(jīng)過多年的實際，已經(jīng)美國原來的推薦應(yīng)用領(lǐng)域以外積累很多實際應(yīng)用案例，包括：
● 有刷馬達(dá)降低EMI應(yīng)用案例
● Qi無線充電產(chǎn)品替代共模電感濾波案例
● 開關(guān)電源EMI
● DC Motor
● IC去耦及EMI抑制
● X2Y電容基礎(chǔ)-通用
● 電源濾波
● 端口濾波，代替磁環(huán)
● 連接器應(yīng)用
● 散熱器EMI抑制
● 網(wǎng)口RJ45
● 音頻功放
● 運(yùn)放
本文轉(zhuǎn)載自韜略科技。
推薦閱讀：
