濾波器在電磁兼容設計中的應用

    隨著(zhù)電子技術(shù)進(jìn)人了信息化時(shí)代，電子、電氣設備或系統獲得了越來(lái)越廣泛的應用。大功率的發(fā)射設備對不希望接收其信息的高靈敏度接收設備構成了災難性的干擾，在工業(yè)發(fā)達的大城市中，電磁環(huán)境越來(lái)越惡劣，往往使電子、電氣設備或系統不能正常工作，引起性能降低，甚至受到損壞。對于電子設備的開(kāi)發(fā)人員應意識到電磁干擾問(wèn)題，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與設計過(guò)程中注意分析周?chē)h(huán)境對設備的可能影響，針對產(chǎn)生的一系列影響，采取一定的防護措施，消除干擾，這樣可以起到解決設計的產(chǎn)品電磁干擾問(wèn)題，否則，必將會(huì )導致設計的電子設備不能滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。因此，設計人員在產(chǎn)品的設計初期必須將電磁兼容問(wèn)題考慮到設備的設計中去。

1 電子設備的電磁兼容設計

在電子設備的電磁兼容設計中應考慮其產(chǎn)生的傳導、輻射發(fā)射對鄰近設備的有害影響和外部產(chǎn)生的傳導、輻射發(fā)射對系統所引起的敏感問(wèn)題〔3一幻。其電磁干擾的控制技術(shù)應從以下方面予以考慮。

1.1器件的選用器件的選用
    濾波器在電磁兼容設計中的應用在設計的產(chǎn)品運行中起到至關(guān)重要的作用，從電機、開(kāi)關(guān)、繼電器、電纜組件及連接器等，甚至到電源、晶振、變壓器等都應該下功夫進(jìn)行精心地篩選，否則，在選型中稍有不慎，就會(huì )對設備自身或周?chē)鷮⒃O備造成嚴重的不利影響。

電磁兼容設計從三個(gè)方面考慮:1)干擾源;2)傳播禍合路徑;3)敏感設備。電磁兼容設計從這三個(gè)方面做工作。其中濾波連接器是解決藕合路徑的**方法之一。

    濾波連接是一種具備濾波功能的連接器。通常工程上使用的信號電纜是屏蔽電纜，但仍不能滿(mǎn)足電磁兼容標準，對于高頻干擾的屏蔽，主要原因是屏蔽電纜是金屬編制網(wǎng)，上面的孔洞會(huì )在高頻時(shí)產(chǎn)生泄露，另外一個(gè)原因是屏蔽電纜的高屏蔽效能取決于電纜屏蔽層的端接情況，只有當電纜屏蔽層的端接為360度低阻抗搭接時(shí)，才會(huì )有較理想的高屏蔽效果，很多場(chǎng)合下都無(wú)法保證。濾波連接器能夠有效的濾除不必要的高頻成分，彌補了屏蔽電纜對于高頻干擾屏蔽的不足。

2 電子設備的電磁兼容分析

    電纜是系統的*薄弱環(huán)節，兩臺獨立進(jìn)行電磁干擾測試完全合格的設備通過(guò)電纜連接后，系統往往在電磁兼容環(huán)境下測試不通過(guò)，這是忽略了電纜的輻射作用。實(shí)踐表明，按照屏蔽設計規范設計的屏蔽機箱可達到60~80dB的屏蔽效能，電纜處置不當，造成系統產(chǎn)生嚴重的電磁干擾問(wèn)題。90%的電磁干擾問(wèn)題是由于電纜造成的。電纜是高效的電磁波接收天線(xiàn)和輻射天線(xiàn)，電纜產(chǎn)生的輻射尤其嚴重。電纜端口處有共模電壓存在，電纜在這個(gè)共模電壓的驅動(dòng)下，如同一根單極天線(xiàn)，如圖1所示。

式中:I是電纜中的共模電流強度，L是電纜的長(cháng)度，f是共模信號的頻率，r是觀(guān)測點(diǎn)到輻射源的距離?？赏ㄟ^(guò)減小高頻共模電流強度，縮短電纜長(cháng)度減小電纜的輻射。電纜的長(cháng)度不能隨意減小，控制電纜共模輻射的*好的方法是減小高頻共模電流的幅度，因為高頻共模電流的輻射效率很高，是造成電纜超標輻射的主要因素。減小電纜上共模高頻電流的一個(gè)有效方法是在電纜的端口處使用低通濾波器，濾除電纜上的高頻共模電流。傳統上都是將濾波器安裝在線(xiàn)路板上的電纜端口處，如圖2所示。

    再次感應的信號有兩個(gè)來(lái)源:l)機箱內的電磁波會(huì )感應到電纜上，2)濾波器前的干擾信號會(huì )通過(guò)寄生電容直接禍合到電纜端口上。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是盡量減小濾波后暴露在機箱內導線(xiàn)長(cháng)度。濾波連接器是解決這個(gè)問(wèn)題的理想器件。濾波連接器的每個(gè)插針上有一個(gè)低通濾波器，能夠將插針上的共模電流濾掉。這些濾波連接器往往在外形和尺寸上與普通連接器相同，可以直接替代普通連接器。由于連接器安裝在電纜進(jìn)人機箱的端口處，因此濾波后的導線(xiàn)不會(huì )再感應上干擾信號，如圖3所示。

2.1濾波連接器較屏蔽電纜優(yōu)點(diǎn)
     濾波連接器較屏蔽電纜使用的優(yōu)點(diǎn)有如下三個(gè)優(yōu)點(diǎn):
     1）濾波連接器能將電纜中的干擾電流濾除掉，徹底消除電纜的輻射因素。屏蔽電纜僅僅是防止干擾通過(guò)電纜輻射，實(shí)際這些干擾電流還在電纜中;
     2) 濾波連接器抑制電纜輻射的效果比屏蔽電纜更穩定。屏蔽電纜的效果在很大程度上決定于電纜的端接。由于電纜頻繁的拆裝或較長(cháng)時(shí)間后搭接點(diǎn)的氧化，端接阻抗會(huì )增加，造成屏蔽效能下降。
     3) 濾波連接器的使用，可減少脈沖群會(huì )計人員的影響，降低對電纜端接的要求，降低生產(chǎn)成本，避免使用價(jià)格昂貴的高質(zhì)量屏蔽電纜，降低成本。

2.2設計使用濾波連接器的試驗情況
分別使用普通連接器和濾波連接器進(jìn)行輻射發(fā)射研究。從試驗結果可以看出，當使用屏蔽機箱時(shí)，主要的輻射源是電纜。這時(shí)使用濾波連接器可以使輻射發(fā)射強度降低10~30dB。