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  • 交流滤波器原理
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    2020-12-30 15:28:21

    本文主要介绍的三相电源滤波器及其作用,并着重对电源滤波器进行详尽描

    述。

    电源滤波器电源滤波器是由电容、

    电感和电阻组成的滤波电路,

    又名

    “电源

    EMI

    滤波器”

    或是“

    EMI

    电源滤波器”

    ,一种无源双向网络,它的一端是电源,另一端是负载。电源滤

    波器的原理就是一种——阻抗适配网络:

    电源滤波器输入、

    输出侧与电源和负载侧的阻抗

    适配越大,对电磁干扰的衰减就越有效。

    滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点

    以外的频率进行有效滤除,得到一个特定频率的电源信号,

    或消除一个特定频率后的电源

    信号。

    电源滤波器原理电源滤波器是一种无源双向网络,它的一端是电源,另一端是负载。电源

    滤波器的原理就是一种——阻抗适配网络:电源滤波器输入、

    输出侧与电源和负载侧的阻

    抗适配越大,对电磁干扰的衰减就越有效。

    电源滤波器结构电源滤波器一般都设计为只由电阻、电容及电感组成的被动滤波器,没有

    像晶体管之类的主动元件。右图是一个电源滤波器的例子,电源滤波器的上方接电源,电

    源端有一个共模电感,也就是电源的二条线依同一个方向绕在铁心上,

    电源线上若有共模

    讯号,其在共模电感产生的磁场会相加,因此有较大的阻抗,而差模讯号在共模电感产生

    的磁场会互相抵消,因此可以流过共模电感。电源流过的电流主要是差模的,但上面也可

    能会噪声以差模的形式出现,若要抑制差模噪声,需要另外使用差模电感,或是各相有个

    别的电感器。

    在电源滤波器上会使用特别的安规解耦电容,分为

    X

    电容及

    Y

    电容二类:

    X

    电容:抑制差模干扰(电源线之间的干扰)

    Y

    电容:抑制共模干扰(各组电源线对地之间的干扰)

    由于

    Y

    电容提高会使电器的漏电流增加,而电器的漏电流有其规定范围,因此

    Y

    电容不

    能太大,一般都会比

    X

    电容要小。

    X

    电容和

    Y

    电容属于安规电容,

    即其失效后不会造成电击,

    也不会影响人身安全。

    二者都

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    带通滤波器(band-pass filter)是一个国家允许使用特定频段的波通过发展同时进行屏蔽其他频段的设备。比如RLC振荡回路问题就是这样一个可以模拟带通滤波器。

    7da3d3ceb18835f215cdab945c8fac7d.png

    带通滤波器是一种滤波器,它可以在一定的频率范围内通过频率分量,但将其他范围内的频率分量衰减到非常低的水平,与带阻滤波器的概念形成对比。 模拟带通滤波器的一个例子是电阻电感电容电路(RLC电路)。 这些滤波器也可以通过将低通滤波器与高通滤波器相结合来产生。

    工作原理

    理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带,其中不会有放大或衰减,通带以外的所有频率将完全衰减,通带以外的转换是在一个非常小的频率范围内进行的。

    实际上,并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉,尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象,并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。通常,滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好,这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而,随着滚降范围越来越小,通带就变得不再平坦,开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显,这种效应称为吉布斯现象。

    除了电子学和信号进行处理技术领域发展之外,带通滤波器可以应用的一个重要例子是在大气环境科学研究领域,很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间管理范围内的天气信息数据,这样在数据域中就只保留了中国作为扰动的气旋。

    在频带效率较低的剪切工作频率f1和较高的剪切不同频率f2之间是共振发生频率,这里通过滤波器的增益可以最大,滤波器的带宽问题就是f2和f1之间的差值。

    68db218f4aae4f0169d0f62cd737991b.png

    典型应用

    该电路在许多声音设备中被用作频谱分析仪的带通滤波器,为了从不同频率中提取信号,显示器使用发光二极管来指示信号幅度的大小。 该有源带通滤波器的中心频率Ao=B3/2B1,在中心频率质量因子、dB带宽B=1/(п*R3*C)下的电压增益,也可以根据设计确定,得到带通滤波器各分量的参数值。 R1=Q/(2fao C),R2=Q/(2Q2-AO),R3=2Q/(2ΣfoC)。 在上式中,当fo=1kHz时,C Uf.0.01该电路也可用于一般的频率选择放大。 有源带通滤波器电路

    这个电路也可以使用单个电源,只需将运放的正向输入偏置在1 / 2v + ,并将电阻 r2的低端连接到运放的正向输入。

    带通滤波器原理图

    R1的带通滤波器值的电路的示意图是预先确定的,并且其尺寸类似于信号源电阻R1 /参数选择原则R4 = R3,C1近似等于C2,Q少R1,500K “R” 1K,0.5uF “C” 200pF的。

    带通滤波器原理图

    15dacdc4b5c5b98841f32dded252c17e.png

    该电路中事先进行确定R1的值,其大小与信号源内阻r1相近/参数可以选取工作原理是R4=R3,C1约等于C2,Q小于或者等于R1,500K》R》1K,0.5uF》C》200pF.

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  • 滤波器原理与作用

    千次阅读 2021-06-30 02:42:09
    目录1.基本原理2.滤波的概念3.主要参数4.作用5.使用滤波器是什么?滤波器是对波进行过滤的器件,一般有两个端口,一个输入信号、一个输出信号。...那么滤波器的工作原理是如何的?作用又是什么呢?本文...

    目录1.基本原理

    2.滤波的概念

    3.主要参数

    4.作用

    5.使用

    滤波器是什么?滤波器是对波进行过滤的器件,一般有两个端口,一个输入信号、一个输出信号。可以说它是重要的电子元器件,滤波器把电源功率传输到设备上,大大衰减经电源传入的EMI电磁干扰信号,保护设备免受其害;同时,又能有效地控制设备本身产生的EMI信号,防止它进入电网,污染电磁环境,危害其他设备。那么滤波器的工作原理是如何的?作用又是什么呢?本文将介绍滤波器的原理、滤波概念以及作用。

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    图1 滤波器

    1.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。由于干扰信号有差模和共模两种,因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。其基本原理有三种:

    (1)利用电容通高频隔低频的特性,将火线、零线高频干扰电流导入地线(共模),或将火线高频干扰电流导入零线(差模);

    (2)利用电感线圈的阻抗特性,将高频干扰电流反射回干扰源;

    (3)利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性,针对某干扰信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可。

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    图2 滤波器形状

    2.滤波的概念

    滤波是信号处理中的一个重要概念,滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分,保留其直流成分,使输出电压纹波系数降低,波形变得比较平滑。

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    图3 滤波前后波形

    一般来说,滤波分为经典滤波和现代滤波。

    经典滤波是根据傅里叶分析和变换提出的一个工程概念,根据高等数学理论,任何一个满足一定条件的信号,都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。

    换句话说,就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的,组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。只允许一定频率范围内的信号成分正常通过,而阻止另一部分频率成分通过的电路,叫做经典滤波器或滤波电路。

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    图4 滤波时域与频域图

    在经典滤波和现代滤波中,滤波器模型其实是一样的(硬件方面的滤波器其实进展并不大),但现代滤波还加入了数字滤波的很多概念。

    3.主要参数

    通带带宽:指需要通过的频谱宽度,BW=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准。

    带内波动(Passband Ripple):通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。

    纹波(Ripple):指1dB或3dB带宽(截止频率)范围内,插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰值。

    延迟(Td):指信号通过滤波器所需要的时间,数值上为传输相位函数对角频率的导数,即Td=df/dv。

    带内相位线性度:该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。

    插入损耗(Insertion Loss):由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗,以中心或截止频率处损耗表征,如要求全带内插损需强调。

    回波损耗(Return

    Loss):端口信号输入功率与反射功率之比的分贝(dB)数,也等于20Log10ρ,ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。

    中心频率(Center

    Frequency):滤波器通带的频率f0,一般取f0=(f1+f2)/2,f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。

    截止频率(Cutoff

    Frequency):指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为:低通以DC处插损为基准,高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。

    带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1:1,失配时VSWR>1。对于一个实际的滤波器而言,满足VSWR<1.5:1的带宽一般小于BW3dB,其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。

    阻带抑制度:衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法:一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB,计算方法为fs处衰减量;另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数(KxdB>1),KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可为40dB、30dB、20dB等)。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1,制作难度当然也就越大。

    4.作用

    (1)将有用的信号与噪声分离,提高信号的抗干扰性及信噪比;

    (2)滤掉不感兴趣的频率成分,提高分析精度;

    (3)从复杂频率成分中分离出单一的频率分量。

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    图5 滤波器外形

    5.使用

    为了提高电源的品质、电路的线性、减少各种杂波和非线性失真干扰和谐波干扰等均使用滤波器。对武器系统来讲,使用滤波器的场所有:

    (1)除总配电系统和分配电系统上设置电源滤波器外,进入设备的电源均要安装滤波器,最好使用线至线滤波器,而不使用线至地滤波器。

    (2)对脉冲干扰和瞬变干扰敏感的设备,使用隔离变压器供电时,应在负端加装滤波器。

    (3)对含电爆装置的武器系统供电时,应加滤波器。必要时,电爆装置的引线也要加装滤波器。

    (4)各分系统或设备之间的接口处,应有滤波器抑制干扰,确保兼容。

    (5)设备和分系统的控制信号,其输入和输出端均应加滤波器或旁路电容器。

    本文总结了滤波器的原理、滤波概念、参数、作用以及使用注意事项。滤波器种类繁多,各种滤波器具有不同的性能特点,因此在滤波器选择时,通常需要综合考虑客户的实际使用环境以及客户性能需求才能做出正确、有效、可靠的选择。

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    交流电源滤波器电路图及作用分析
    工程师谭军
    2018-08-0930409
    分享海报电源电路图539人已加入 +加入圈子

    描述

        本文主要介绍了关于交流电源滤波器的电路图及其作用分析,希望通过本文能让你对交流电源滤波器有更深的理解。
    

    电源滤波器

       电源滤波器,又名“电源EMI滤波器”,或是“EMI电源滤波器”,是一种无源双向网络,是一种对电源中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电气设备。
       电源滤波器是针对电源端口电磁骚扰的特点而设计的,一般是由电感、电容、电阻或铁氧体器件构成的频率选择性二端口网络,实际上是滤波器的一种,按照工作原理称之为反射式滤波器。它可以在滤波器阻带内提供了高的串联阻抗和低的并联阻抗,使它和噪声源的阻抗和负载阻抗严重不匹配,从而把不希望的频率分量发射回噪声源。
       当我们选用电源滤波器时,应主要考虑三个方面的指标:首先是电压、电流,其次是插入损耗,最后是结构尺寸。由于滤波器内部一般是经过灌封处理的,因此环境特性不是主要问题。但是所有的灌封材料和滤波电容器的温度特性对电源滤波器的环境特性有一定的影响。
       电源滤波器结构根据电源端口的电磁骚扰特点,电源EMI噪声滤波器是一种无源低通滤波器,它无衰减地将交流电传输到电源,而大大衰减随交流电传入的EMI噪声,同时又能有效地抑制电源设备产生的EMI噪声,阻止它们进入交流电网干扰其它电子设备。
       电源滤波器的典型结构如下图所示,这是一种无源网络结构,对交流和直流电源都适用,具有双向抑制性能。将它插入在交流电网中与电源之间,相当于这二者的EMI噪声之间加上一个阻断屏障,这样一个简单的无源滤波器起到了双向抑制噪声的作用,从而在各种电子设备中获得广泛的应用。
       ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/4139cde22f21475b9261faeaec00d1d7.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA5a6J5qOu576O,size_19,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)
       图中Cx是差模电容器,一般称为X电容,电容量宜选为0.01-2.22μF,CY1和CY2是共模电容器,一般称为Y电容,电容量约为几纳法(nF)到几十纳法。C3和C4的电容量不宜选得过大,否则容易引起滤波器甚至机壳漏电的危险。L为共模扼流圈,它为同向绕在同一个铁氧体环上的一对线圈,电感量约为几毫亨(mH)。对于共模干扰电流,两个线圈产生的磁场是同方向的,共模扼流圈表现出较大的阻抗,从而起到衰减干扰信号的作用;而对于差模信号(在这里是低频电源电流),两个线圈产生的磁场抵消,所以不影响电路的电源传输功能。
    

    电源滤波器工作原理

       电源滤波器常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数S来表示,此值越大,则滤波器的滤波效果越差。
       脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量
       电源滤波器的原理就是一种阻抗适配网络:电源滤波器输入、输出侧与电源和负载侧的阻抗适配越大,对电磁干扰的衰减就越有效。
       具体工作原理如下:交流电经过二极管整流之后,方向单一了,但是大小(电流强度)还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流,还需要再做一番“填平取齐”的工作,这便是滤波。换句话说,滤波的任务,就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小,改造成接近恒稳的直流电。
       ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/19d76191b3e24305b9880f9a796abb2c.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA5a6J5qOu576O,size_18,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)
       电源滤波器结构
       ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/eff9a2fae60940358fed38f4fd35bc48.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA5a6J5qOu576O,size_19,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)
       交流电源滤波器电路
       交流电源滤波器电路图图中的100H电感、0.1F电容组成高频滤波器,用于吸收从电源线传导进来的中短波段的高频噪声干扰;图中两只对称的5mH电感是由绕在同一只铁心两侧、匝数相等的电感绕组构成的,称为共模电感,用于吸收因电源波形畸变而产生的谐波干扰;图中的压敏电阻用于吸收因雷击等引起的浪涌电压干扰。 交流电源滤波器的内部电路。
       ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/1137a466b88f4890a95c6f3c5a5a3f49.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA5a6J5qOu576O,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)
       电源滤波器中的共模电感
       当50Hz电流流经共模电感时,由于进线与出线产生的磁场方向相反,相互抵消,不会产生压降,但共模电感对共模干扰却有较大的感抗。
       ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/0f125edbef2a4d31aa6b8fcd88186ced.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA5a6J5qOu576O,size_19,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)
       AC输入整流滤波电路
       防雷电路:当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。
       输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间,要对C5充电,由于瞬间电流大,加RT1(热敏电阻)就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值减小(RT1是负温系数元件),这时它消耗的能量非常小,后级电路可正常工作。
       整流滤波电路:交流电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小,输出的交流纹波将增大。
       DC输入滤波电路原理
       
       ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/7ceb6041408043589d67dfee5d7fec3e.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA5a6J5qOu576O,size_19,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)
       输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容,L2、L3为差模电感。R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间,由于C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大,Q1导通使Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间烧毁,以保护后级电路。
       分析电源滤波器电路应注意以下几点:
       1)分析滤波电容工作原理时,主要利用电容器的“隔直通交”特性,或是充电与放电特性,即整流电路输出单向脉动性直流电压时对滤波电容充电,当没有单向脉动性直流电压输出时,滤波电容对负载放电。
       2)分析滤波电感工作原理时,主要是认识电感器对直流电的电阻很小、无感抗作用,而对交流电存在感抗。
       3)进行电子滤波器电路分析时,要知道电子滤波管基极上的电容是滤波的关键元件。另外,要进行直流电路的分析,电子滤波管有基极电流和集电极、发射极电流,流过负载的电流是电子滤波管的发射极电流,改变基极电流大小可以调节电子滤波管集电极与发射极之间的管压降,从而改变电子滤波器输出的直流电压大小。
       4)电子滤波器本身没有稳压功能,但加入稳压二极管之后可以使输出的直流电压比较稳定。
    

    结语

       关于交流电源滤波器的介绍就到这里了,关于交流电源滤波器可进一步探讨的地方还有很多,篇幅所限在本文就不再赘述了,如有不足之处还望海涵。
    
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  • LC滤波器原理

    2021-01-14 04:57:29
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