在PCB上連接和濾波

使用干線EMI濾波器，是一項(xiàng)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(jì)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(lái)的輻射并未有任何減少。隨著電路的復(fù)雜化，它們變得更脆弱，更需要電磁干擾防護(hù)。當(dāng)今要求設(shè)備和設(shè)施應(yīng)具有更高的可用性，進(jìn)一步促使了EMC設(shè)計(jì)愈發(fā)重要。下文闡述了濾波器選擇準(zhǔn)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(chǎng)設(shè)施內(nèi)的故障檢測(cè)非常耗時(shí)，尤其是那些不定期發(fā)生、看似隨機(jī)的故障，很難捕獲或模擬。因此，在開(kāi)發(fā)階段對(duì)電磁干擾防護(hù)做投入非常重要。

在選擇濾波器時(shí)，有兩個(gè)基本問(wèn)題需要衡量：工作期間可能會(huì)有哪些干擾類型？哪些功能干擾是可以容忍的？一個(gè)簡(jiǎn)單的例子就是當(dāng)電視機(jī)旁邊的手機(jī)在接電話時(shí)，對(duì)電視機(jī)產(chǎn)生的噪聲。這個(gè)干擾是可容忍的。然而，在醫(yī)療或**技術(shù)等應(yīng)用中，功能干擾則是不能容忍的。

對(duì)輻射型和傳導(dǎo)型干擾的防護(hù)

干擾是經(jīng)由無(wú)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(dǎo)型的。金屬外殼、金屬化復(fù)合材料、導(dǎo)線網(wǎng)用于防范輻射型干擾，而線路濾波器用于防范傳導(dǎo)型干擾。所有輻射型干擾均源于電纜，并可在任何時(shí)間被傳輸?shù)诫娎|中。

考慮到這些因素，就可選擇適當(dāng)?shù)母蓴_抑制措施，并加以應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)*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(huì)失去抑制作用。如果缺乏充分屏蔽，干擾就會(huì)越過(guò)濾波器毫無(wú)阻攔地進(jìn)入到產(chǎn)品中，對(duì)濾波器的負(fù)載端產(chǎn)生影響，內(nèi)置式線路濾波器就會(huì)失去抑制作用。有相關(guān)的設(shè)計(jì)指示用于解決這個(gè)問(wèn)題。

線路濾波器的選擇標(biāo)準(zhǔn)

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(jìn)入模塊、PCB上與分立濾波器的固定連接等），大約有10個(gè)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(zhǔn)則和偏好來(lái)做評(píng)定。這個(gè)比較過(guò)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(diǎn)和缺點(diǎn)。以下是對(duì)下列方法的評(píng)定：

a. 帶有集成式線路濾波器的連接器

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，線路濾波就在電力接入點(diǎn)進(jìn)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(huì)很理想。與設(shè)備的電源線連接（它們可能充當(dāng)“天線”）都得到濾波，并且該方法相當(dāng)緊湊。而另一方面，損失了一些濾波器設(shè)計(jì)靈活性，這是由于默認(rèn)提供了一種標(biāo)準(zhǔn)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(duì)于所有電力類型都非常實(shí)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(jí)數(shù)量，使濾波器布局有所不同）。但是，缺點(diǎn)在于沒(méi)有顧及電力接入點(diǎn)的屏蔽問(wèn)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(dāng)電力接入和濾波在PCB上進(jìn)行時(shí)，可以省卻了導(dǎo)線開(kāi)支。這對(duì)組裝工藝有著積極影響。當(dāng)可用空間有限時(shí)，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(lái)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(zhǎng)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(huì)引起嚴(yán)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(duì)于電力電子產(chǎn)品，特別是在驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域，除了線路濾波以外，其它保護(hù)因素也會(huì)起到作用。圖3所示為某驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一種構(gòu)造方式，不同的抑制元件在共同產(chǎn)生作用（定性的電壓特性）。

半導(dǎo)體元件的高頻開(kāi)關(guān)會(huì)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(lái)負(fù)面影響。除了相關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)以外，電力主管部門(mén)還會(huì)施行進(jìn)一步的指令，把對(duì)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(hù)以外，對(duì)變頻器輸出端也通常采用保護(hù)措施。目標(biāo)提高效率、延長(zhǎng)工作壽命、實(shí)現(xiàn)高效布線。