專利名稱：一種用于抑制傳導電磁干擾的差模濾波器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于抑制傳導電磁干擾的差模濾波器，尤其涉及對于未知噪 聲源所引起的傳導電磁干擾噪聲，需通過多次試驗電感電容參數時的濾波器。
背景技術：
用于抑制傳導電磁干擾噪聲的濾波器實際上是一種低通濾波器，它將直流或低頻 電源功率無衰減的傳送到設備上去，但將經電源傳播的電磁干擾信號大大衰減，保護設備 不受干擾。同時，對于設備本身產生的電磁干擾信號也能進行抑制，防止它進入電源，污染 電磁環境。通過濾波電路使電力電子裝置產生的電磁噪聲通過傳導耦合產生的噪聲電平減 小到可以接受的水平，這類濾波器統稱為EMI濾波器。噪聲源所引起的傳導電磁干擾噪聲根據其產生機理的不同，分為共模噪聲和差模 噪聲。共模噪聲是指在火線與地線之間、中線與地線之間的噪聲；差模噪聲是指火線與中線 之間的噪聲。共模電壓Uqi、差模電壓Udm與火線對地電壓Ub、中線對地電壓關系為Ucm = (Ul~g ^ DUdm = UL_G_UN_G因此，抑制電磁干擾噪聲的濾波器根據傳導電磁干擾噪聲產生機理的不同，分為 共模噪聲濾波器和差模噪聲濾波器，根據阻抗最大不匹配原則，使得由噪聲源產生的噪聲 能夠在濾波器上達到最大的衰減，以使得測量設備測量到的電磁干擾噪聲最小。目前市面上所出售的商用濾波器其結構通常是共模濾波器與差模濾波器集成在 一起的，采用商用濾波器對傳導電磁干擾進行濾波時，抑制效果往往不好。如1.商用濾波器設計結構單一，大多采用固定的設計結構，沒有針對性，其濾波元件 往往不能滿足濾波器設計要求，特別是電感元件，因此無法有效地解決傳導電磁干擾噪聲 問題。。2.商用濾波器在設計的時候沒有考慮到由于將共模差模濾波器集成起來所造成 的噪聲模態串擾的問題，因此影響了傳導電磁干擾噪聲的抑制效果。3.商用濾波器由于集成了共模與差模濾波器，造成濾波器造價較高，對于產品的 大批量生產造成了額外成本。另外可利用噪聲分離網絡，在噪聲診斷的基礎上，自行設計更有針對性的濾波器， 其設計方法如下采用噪聲分離網絡將干擾噪聲分離為共模噪聲和差模噪聲。確定共模、差模干擾源阻抗。干擾源阻抗與電力電子設備的拓撲結構有關，共模干 擾源阻抗可以認為是開關管與散熱器之間的寄生電容，差模干擾源阻抗主要依據電路拓撲 而定。確定負載阻抗。濾波器設計時，傳導電磁干擾測試負載阻抗為LISN阻抗，對于差 模而言其阻抗為100 Ω，共模阻抗為25 Ω。[0015]分別確定差模干擾、共模干擾需要的衰減量。衰減量由下述公式確定，式中Adm、A。m 分別為差模、共模干擾的衰減量，Ndffl, Ncffl分別為測量的差模、共模干擾，Limit為標準限值。 由于傳導干擾測試最終結果是差模、共模干擾之和，因此所需的衰減量應加上6dB的安全 閾量。Adm (dB) = Ndm (dB) -Limit (dB) +6 (dB)Acm (dB) = Ncm (dB) -Limit (dB) +6 (dB)分別確定差模、共模濾波器的轉折頻率及元件參數。在所需衰減量的第一個峰值 點做一條斜率為20ndB/十倍頻程的直線(η為濾波器階數)，要保證所有頻率下的衰減量都 在直線下方。直線與頻率軸交點即為轉折頻率，根據轉折頻率進而確定濾波器元件參數。實驗驗證。如果濾波器達到干擾抑致要求，則設計過程結束；如果低頻段不能滿足 要求，重新設計濾波器參數；如果濾波器高頻段不能滿足要求，要考慮濾波器寄生參數以及 近場耦合的影響。上述方法進行濾波器設計時，也會造成抑制效果不佳的問題。如1.確定總噪聲中共模噪聲分量和差模噪聲分量時采用的是噪聲分離器，由于其元 器件寄生參數的限制，因而存在插入損耗和抑制比，從而導致測量不夠準確，使濾波器設計 參數存在誤差，直接影響抑制效果。2.在高頻狀態下電容和電感都會出現高頻寄生參數。這些寄生參數將影響到濾波 器抑制效果，上述設計方法無法消除這些寄生參數，從而使得濾波器設計過程中報廢率較 高，增加了濾波器設計成本。3.在對于未知干擾源進行濾波時，往往需要多次試驗濾波器參數，這樣反復焊接 電路板插拔元器件，可能會導致電路板損壞，從而使電磁干擾噪聲抑制效果不佳。
發明內容本實用新型目的是提供一種用于抑制傳導電磁干擾的差模濾波器，其目的是針對 未知噪聲源所引起的傳導電磁干擾差模噪聲，避免反復焊接電路板導致的電路板損壞以及 濾波效果不佳等問題。為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種用于抑制傳導電磁干擾的 差模濾波器，包括基板，該基板上設有至少六個火線插孔、至少六個中線插孔、至少三個地線插孔；由至少三個火線插孔通過導線串聯組成第一火線插孔排，該第一火線插孔排電網 側一個火線插孔作為電網火線連接端子；由至少三個火線插孔通過導線串聯組成第二火線插孔排，該第二火線插孔排負載 側一個火線插孔作為負載火線連接端子；第一火線插孔排負載側的火線插孔與第二火線插孔排電網側的火線插孔通過導 線連接；由至少三個中線插孔通過導線串聯組成第一中線插孔排，該第一中線插孔排電網 側一個中線插孔作為電網中線連接端子；由至少三個中線插孔通過導線串聯組成第二中線插孔排，該第二中線插孔排負載 側一個中線插孔作為負載中線連接端子；[0032]第一中線插孔排負載側的火線插孔與第二中線插孔排電網側的火線插孔通過導 線連接；至少三個地線插孔通過導線串聯組成地線插孔排；第一電容和第二電容，第一電容位于第一火線插孔排中間一個火線插孔與第一中 線插孔排中間一個中線插孔之間，第二電容位于第二火線插孔排中間一個火線插孔與第二 中線插孔排中間一個中線插孔之間。由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點1、本實用新型中根據被測設備的傳導電磁干擾噪聲不同的產生機理，分別設計出 針對共模和差模兩種電磁干擾噪聲機理的濾波器，是的濾波器設計更有針對性。2、本實用新型中采用了噪聲源內阻抗測定的方法對被測設備的傳導電磁干擾噪 聲內阻抗和噪聲源進行了測量，因此可以利用較為簡單的電路原理對于濾波器進行設計， 降低了濾波器設計難度。3、本實用新型中采用的可插拔結構，當濾波器電容電感參數選擇不當時，可任意 插拔電容電感，并進行多次試驗以達到最佳的濾波效果。第四，本實用新型在濾波器電感元 器件選擇方面采用電感最小原則以降低電感制作成本。
圖1是本發明的主要結構示意圖。圖2本發明可插拔差模濾波器的結構示意圖。圖3是DC-DC開關磁阻電機系統傳導電磁干擾噪聲測試系統的實驗裝置圖。圖4是DC-DC開關磁阻電機加入濾波器之前所測得的傳導電磁干擾差模噪聲。圖5是DC-DC開關磁阻電機加入本實用新型可插拔濾波器后所測得的傳導電磁干 擾差模噪聲。以上附圖中1、基板；2、火線插孔；3、中線插孔；4、地線插孔；5、第一火線插孔排； 6、第二火線插孔排；7、導線；8、第一中線插孔排；9、第二中線插孔排；10、地線插孔排。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一種用于抑制傳導電磁干擾的差模濾波器，包括基板1，該基板1上設有至少六個火線插孔2、至少六個中線插孔3、至少三 個地線插孔4 ；由至少三個火線插孔2通過導線串聯組成第一火線插孔排5，該第一火線插孔排5 電網側一個火線插孔作為電網火線連接端子；由至少三個火線插孔通過導線串聯組成第二火線插孔排6，該第二火線插孔排6 負載側一個火線插孔作為負載火線連接端子；第一火線插孔排5負載側的火線插孔與第二火線插孔排6電網側的火線插孔通過 導線連接；由至少三個中線插孔通過導線串聯組成第一中線插孔排8，該第一中線插孔排8電網側一個中線插孔作為電網中線連接端子；由至少三個中線插孔通過導線串聯組成第二中線插孔排9，該第二中線插孔排9 負載側一個中線插孔作為負載中線連接端子；第一中線插孔排8負載側的火線插孔與第二中線插孔排9電網側的火線插孔通過 導線連接；至少三個地線插孔通過導線串聯組成地線插孔排10 ；第一電容C1和第二電容C2，第一電容C1位于第一火線插孔排5中間一個火線插孔 與第一中線插孔排8中間一個中線插孔之間，第二電容C2位于第二火線插孔排6中間一個 火線插孔與第二中線插孔排9中間一個中線插孔之間。本實施例上述內容具體解釋如下。本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括共模濾波器和差模濾波器主體設 計部分和可插拔電路結構的設計。1、對于濾波器主體設計部分在傳導電磁干擾試驗測試系統中，將被測設備通過 線性阻抗穩定網絡與電源相連。同時，將線性阻抗穩定網絡的射頻輸出端與噪聲分離網絡 的輸入端相連，然后，將噪聲分離網絡的共模輸出端與頻譜分析儀相連，差模輸出端采用 50 Ω負載阻抗進行匹配，以獲得被測設備的傳導電磁干擾共模噪聲；將噪聲分離器的差模 輸出端與頻譜分析儀相連，共模輸出端采用50Ω的負載阻抗進行匹配，可以獲得被測設備 的傳導電磁干擾差模噪聲。2、對于頻譜儀獲得的共模噪聲進行分析，如被測設備的共模傳導電磁干擾噪聲超 標，則應按照共模濾波器的方法進行設計，此時，線性阻抗穩定網絡中用于提取傳導共模噪 聲的提取電阻的阻抗為25Ω，測量該被測設備的共模傳導電磁干擾噪聲源的內阻抗(ZQI) 和噪聲源(U。M)的大小。按照阻抗最大不匹配原則以及最大衰減原則，選擇合適的元器件組 成共模濾波器，使得Ucm所具有的能量最大程度地消耗在設計的共模濾波器上，從而使得流 經25Ω提取阻抗上的共模噪聲可以達到標準要求。3、對于頻譜儀獲得的差模噪聲進行分析，如被測設備的差模傳導電磁干擾噪聲超 標，則應按照差模濾波器的方法進行設計，此時，線性阻抗穩定網絡中用于提取傳導共模噪 聲的提取電阻的阻抗為100 Ω，測量該被測設備的差模傳導電磁干擾噪聲源的內阻抗(Zdm) 和噪聲源(Udm)的大小。按照阻抗最大不匹配原則以及最大衰減原則，選擇合適的元器件組 成共模濾波器，使得Udm所具有的能量最大程度地消耗在設計的差模濾波器上，從而使得流 經100 Ω提取阻抗上的共模噪聲可以達到標準要求。4、對于元器件優化設計部分，根據電容優先原則，首先確定電容元器件參數，考慮 到電容元器件寄生參數的影響，將計算得到的電容值采用多個電容并聯以達到計算電容值 的大小，從而減小由于一個大電容所產生的電容寄生參數的影響。5、對可插拔電路結構部分根據火線、中線、地線的三根線結構分別設計出一塊有 著三排有可插拔元件的插孔的電路板結構。代表地線的那一排插孔均由導線在電路板內部 相連，而代表火線和中線的那兩排插孔中，分別都有兩個插孔相互不連接，并且這兩排的插 孔位置相同，方便設計共模濾波器時共模扼流圈的放置。主要結構示意圖如圖1所示，本實用新型可插拔濾波器的外觀為長方形，根據共 模濾波器和差模濾波器的電路原理圖連接而成的可插拔共模濾波器和差模濾波器如圖2和圖3所示。其中，可插拔共模濾波器的電容元器件部分為四個濾波電容并聯而成，電感部 分為一個共模扼流圈。可插拔差模濾波器則為兩個濾波電容并聯而成。實施例中必須使用的其他設備包括，三相12/8結構的DC-DC開關磁阻電機一臺， 直流24V的蓄電池一組，控制與驅動電路一臺，線性阻抗穩定網絡(LISN) —臺，傳導電磁干 擾噪聲分離網絡一臺，頻譜分析儀(噪聲接受設備)一臺，50Ω匹配阻抗若干，導線、射頻傳 輸線纜若干。首先，在開關磁阻電機沒有加載濾波器時，測試該設備的傳導電磁干擾噪聲，其實 驗裝置連線圖如圖4所示。將開關磁阻電機系統(包括開關磁阻電機、蓄電池和控制與驅 動電路)通過線性阻抗穩定網絡與電網相連，線性阻抗穩定網絡的射頻輸出端與傳導電磁 干擾分離網絡的輸入端相連，利用50Ω匹配阻抗匹配分離網絡的差模輸出端，分離網絡的 共模輸出端與頻譜分析儀相連，以獲得該開關磁阻電機的共模傳導電磁干擾噪聲；然后，利 用50 Ω匹配阻抗匹配分離網絡的共模輸出端，分離器的差模輸出端與頻譜分析儀相連，以 獲得該開關磁阻電機的差模傳導電磁干擾噪聲。分析頻譜儀獲得的共模噪聲和差模噪聲，并于GB9254所規定的標準相比較，可以 看出其超標點的頻率、幅值和各個模態所占超標點成分的大小，如圖5所示。為了確定本實用新型可插拔濾波器參數的大小，可通過內阻抗測定的方法確定噪 聲源內阻抗的大小，根據阻抗最大不匹配原則，選擇合適的濾波器元器件參數，使得噪聲源 內阻抗與線性阻抗穩定網絡中提取阻抗之間達到最大不匹配，從而使得噪聲源Ucm，Udm的能 量可以最大程度地消耗在所設計的濾波器上。共模濾波器主要由一個共模扼流圈和四個濾波電容所組成。其中，共模扼流圈接 在火線與中線之間，當共模噪聲電流流經共模扼流圈時，由于扼流圈中互感的作用，從而導 致共模噪聲電流相互抵消，以達到抑制共模噪聲的作用；而其中兩個電容則是連接在火線 與地線之間，另外兩個電容連接在中線與地線之間，利用電容的“通高頻”的特性，使得共模 噪聲電流與地之間短路，從而達到抑制共模噪聲的目的。差模濾波器主要由兩個濾波電容 所組成，兩個濾波電容均連接在火線與中線之間，達到抑制差模噪聲的目的。將設計好的濾 波器接入開關磁阻電機系統中，再次測量電路中的共模噪聲、差模噪聲如圖6所示。對比加入本實用新型可插拔濾波器前后測量結果可以發現，在傳導噪聲規定的 IOKHz 30MHz的測量范圍內，加入濾波器前共模噪聲和差模噪聲最高值均達到90dBuV， 并且在整個頻段內都會出現，該噪聲嚴重超過FCC規定的A類標準值。而加入本實用新型 可插拔濾波器后，共模噪聲和差模噪聲值均有大幅度的下降，其平均值降到不到60dBuV附 近，而在低頻段的頻譜值雖然較高，但其大部分是直流分量的頻譜，對于電路的正常工作沒 有影響。因此傳導電磁干擾噪聲得到明顯抑制并且滿足FCC標準。上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術 的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。 凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之 內。
權利要求一種用于抑制傳導電磁干擾的差模濾波器，其特征在于包括基板(1)，該基板(1)上設有至少六個火線插孔(2)、至少六個中線插孔(3)、至少三個地線插孔(4)；由至少三個火線插孔(2)通過導線串聯組成第一火線插孔排(5)，該第一火線插孔排(5)電網側一個火線插孔作為電網火線連接端子；由至少三個火線插孔通過導線串聯組成第二火線插孔排(6)，該第二火線插孔排(6)負載側一個火線插孔作為負載火線連接端子；第一火線插孔排(5)負載側的火線插孔與第二火線插孔排(6)電網側的火線插孔通過導線連接；由至少三個中線插孔通過導線串聯組成第一中線插孔排(8)，該第一中線插孔排(8)電網側一個中線插孔作為電網中線連接端子；由至少三個中線插孔通過導線串聯組成第二中線插孔排(9)，該第二中線插孔排(9)負載側一個中線插孔作為負載中線連接端子；第一中線插孔排(8)負載側的火線插孔與第二中線插孔排(9)電網側的火線插孔通過導線連接；至少三個地線插孔通過導線串聯組成地線插孔排(10)；第一電容(C1)和第二電容(C2)，第一電容(C1)位于第一火線插孔排(5)中間一個火線插孔與第一中線插孔排(8)中間一個中線插孔之間，第二電容(C2)位于第二火線插孔排(6)中間一個火線插孔與第二中線插孔排(9)中間一個中線插孔之間。
專利摘要一種用于抑制傳導電磁干擾的差模濾波器，由至少三個火線插孔通過導線串聯組成第一火線插孔排；由至少三個火線插孔通過導線串聯組成第二火線插孔排；由至少三個中線插孔通過導線串聯組成第一中線插孔排；由至少三個中線插孔通過導線串聯組成第二中線插孔排；至少三個地線插孔通過導線串聯組成地線插孔排；第一電容位于第一火線插孔排中間一個火線插孔與第一中線插孔排中間一個中線插孔之間，第二電容位于第二火線插孔排中間一個火線插孔與第二中線插孔排中間一個中線插孔之間。本實用新型針對未知噪聲源所引起的傳導電磁干擾差模噪聲，避免反復焊接電路板導致的電路板損壞以及濾波效果不佳等問題。
文檔編號H02J3/01GK201708548SQ20102021038
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月1日 優先權日2010年6月1日
發明者戎融, 董穎華, 趙陽, 陸婋泉, 黃學軍 申請人:蘇州泰思特電子科技有限公司