中心論題:
- 對輻射型和傳導型干擾的防護
- 濾波器構(gòu)造及其優(yōu)缺點
解決方案:
- 帶有集成式線路濾波器的連接器
- 與線路濾波器的固定式電源連接
- 在PCB上連接和濾波
使用干線EMI濾波器,是一項確保電磁兼容性的措施。多數(shù)情況下,盡管從PCB到控制柜都考慮了EMC設(shè)計原則,但濾波器的使用依然是必不可少的。而且,不斷提高的功率密度和設(shè)備的處理器高性能所帶來的輻射并未有任何減少。隨著電路的復雜化,它們變得更脆弱,更需要電磁干擾防護。當今要求設(shè)備和設(shè)施應具有更高的可用性,進一步促使了EMC設(shè)計愈發(fā)重要。下文闡述了濾波器選擇準則,以及與電力接入和濾波器結(jié)構(gòu)有關(guān)的各種概念。
現(xiàn)場設(shè)施內(nèi)的故障檢測非常耗時,尤其是那些不定期發(fā)生、看似隨機的故障,很難捕獲或模擬。因此,在開發(fā)階段對電磁干擾防護做投入非常重要。
在選擇濾波器時,有兩個基本問題需要衡量:工作期間可能會有哪些干擾類型?哪些功能干擾是可以容忍的?一個簡單的例子就是當電視機旁邊的手機在接電話時,對電視機產(chǎn)生的噪聲。這個干擾是可容忍的。然而,在醫(yī)療或安全技術(shù)等應用中,功能干擾則是不能容忍的。
對輻射型和傳導型干擾的防護
干擾是經(jīng)由無線電波或電源線傳輸?shù)皆O(shè)備或設(shè)施中的。這些干擾可能是輻射型或傳導型的。金屬外殼、金屬化復合材料、導線網(wǎng)用于防范輻射型干擾,而線路濾波器用于防范傳導型干擾。所有輻射型干擾均源于電纜,并可在任何時間被傳輸?shù)诫娎|中。
考慮到這些因素,就可選擇適當?shù)母蓴_抑制措施,并加以應用來實現(xiàn)最優(yōu)效果。例如,如果不銹鋼外殼中的電源線屏蔽不充分,那么外殼就會失去抑制作用。如果缺乏充分屏蔽,干擾就會越過濾波器毫無阻攔地進入到產(chǎn)品中,對濾波器的負載端產(chǎn)生影響,內(nèi)置式線路濾波器就會失去抑制作用。有相關(guān)的設(shè)計指示用于解決這個問題。
線路濾波器的選擇標準
除了額定電壓、額定電流、工作溫度等物理屬性以外,抑制濾波器的選擇還受到安裝方法、資源、后勤等易變因素的影響(圖1)。
濾波器構(gòu)造
在電力接入和濾波器構(gòu)造這兩方面之間(圖2),關(guān)于濾波器的構(gòu)造方式(例如與內(nèi)置濾波器的固定連接、帶有集成式線路濾波器的電力進入模塊、PCB上與分立濾波器的固定連接等),大約有10個有意義的組合。
濾波器的這些變化,使人們能根據(jù)上述選擇準則和偏好來做評定。這個比較過程排除了電力接入和濾波器構(gòu)造的部分方法。上述每種濾波器構(gòu)造均有優(yōu)點和缺點。以下是對下列方法的評定:
a. 帶有集成式線路濾波器的連接器
這種方法的優(yōu)點是,線路濾波就在電力接入點進行。濾波器被放在帶有較寬金屬法蘭的全封閉外殼中。只要設(shè)備外殼與濾波器外殼的電接觸良好,屏蔽和濾波器屬性就會很理想。與設(shè)備的電源線連接(它們可能充當“天線”)都得到濾波,并且該方法相當緊湊。而另一方面,損失了一些濾波器設(shè)計靈活性,這是由于默認提供了一種標準解決方案,并且濾波器內(nèi)部可用空間有限。該方法僅用于單相電力接入模塊。
b. 與線路濾波器的固定式電源連接
該方法對于所有電力類型都非常實用,并且在濾波器尺寸方面極其靈活。大量不同的電力類別和濾波器屬性可供利用(濾波器具有多種級數(shù)量,使濾波器布局有所不同)。但是,缺點在于沒有顧及電力接入點的屏蔽問題。需要用戶決定自己希望采用哪些屏蔽方法(屏蔽式電纜和電纜饋線、濾波器位置、額外的屏蔽板等)
c. 在PCB上連接和濾波(帶有分立式或印刷式濾波器)
當電力接入和濾波在PCB上進行時,可以省卻了導線開支。這對組裝工藝有著積極影響。當可用空間有限時,推薦印刷式濾波器。印刷式濾波器構(gòu)造方面的特殊技術(shù)帶來了較短的泄漏路徑和電壓裕度。連接器和濾波器之間的連接長度可以非常短。在類似這樣的情況,較短的未濾波路徑通常不會引起嚴重后果。另外,可把帶有集成式線路濾波器的連接器用于PCB組裝。
電力電子產(chǎn)品中的濾波器元件
對于電力電子產(chǎn)品,特別是在驅(qū)動器領(lǐng)域,除了線路濾波以外,其它保護因素也會起到作用。圖3所示為某驅(qū)動系統(tǒng)的一種構(gòu)造方式,不同的抑制元件在其中共同產(chǎn)生作用(定性的電壓特性)。
半導體元件的高頻開關(guān)會產(chǎn)生諧波、整流中斷和瞬態(tài)電壓峰值。它們給電力網(wǎng)絡(luò)帶來負面影響。除了相關(guān)EMC標準以外,電力主管部門還會施行進一步的指令,把對電源網(wǎng)絡(luò)的干擾減弱到可容忍的程度。扼流器和線路濾波器可用于減弱干擾。除了線路端EMC保護以外,對變頻器輸出端也通常采用保護措施。目標提高效率、延長工作壽命、實現(xiàn)高效布線。