EMC差模滤波器设计

在电力载波通信产品的研发中,为测试通信距离,采用衰减器进行等效测试。北京中宇豪的衰减器因未达到预期效果而被分析,发现共模电感对差模信号衰减不足。通过研究,设计了一种基于EMC滤波器原理的差模滤波衰减器,解决了问题。调试过程中注意电感发热可能是磁芯选择不当导致。

在电力载波通信产品研发过程中,产品通信距离是一个重要指标。而在设计阶段,每一种方案都需要进行距离测试,如果进行实际距离测试比较浪费时间,且容易对其他电力通信产生干扰,因此需要找到一种等效距离的测试方法。衰减器就成了首选,我们购买了北京中宇豪的一个衰减器,其电路结构为两个共模电感加三个电容,一个功率电阻构成,如图1所示:

EMC差模滤波器设计 - kanku - kanku的博客
图 1.通用EMC滤波电路

实际测试发现,该款产品不能对我们耦合到电力线的通信信号进行有效的衰减。根据实测其输出输入比大约为0.5的样子,也就是衰减了1倍,远远不能达到我们的设计要求。既然买的产品不能使用,就只能自行研究了。经分析,发现衰减小的主要原因是使用了共模电感。共模电感又称为共模扼流圈(如图1中的L19、L9)主要用于限制共模信号,它对共模信号呈现较大的阻抗,对差模信号衰减缺很小。实际测试共模电感L19的单边电感值能够达到2mH,如果将输出端短路,则输入端表现的电感只有5uH(测试频率为10k),这就表明了电感对差模信号和共模信号的阻抗区别。

针对我们的功能需求,根据EMC滤波器通用电路,我设计了一种用于差模滤波的衰减器,其结构如图2所示:

1概述 随着微电子技术的发展和应用,电磁兼容已成为研究微电子装置安全、稳定运行的重要课题。抑制电磁干扰采用的技术主要包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。而干扰源的传播途径分为传导干扰和辐射干扰。传导噪声的频率范围很宽,从10kHz~30MHz,仅从产生干扰的原因出发,通过控制脉冲的上升与下降时间来解决干扰问题未必是一个好方法。为此了解共信号之间的别,对正确理解脉冲磁路和工作块之间的关系是至关重要的。在抑制电磁干扰的各项技术中,采用滤波技术对局域网(LAN)、通信接口电路、电源电路中减少共干扰起着关键作用。所以掌握滤波器的工作原理和其实用电路的结构及其正确的应用,是微电子装置系统设计中的一个重要环节。 2信号和共信号 信号又称为常、串、线间感应和对称信号等,在两线电缆传输回路,每一线对地电压用符号V1和V2来表示。信号分量是VDIFF。纯信号是:V1=-V2;其大小相等,相位180°;VDIFF=V1-V2,因为V1和V2对地是对称的,所以地线上没有电流流过,信号的电路如图1所示。所有的电流(IDIFF)全流过负载。干扰侵入往返两条信号线,方向与信号电流方向一致,其一种是由信号源产生,另一种是传输过程中由电磁感应产生,它和信号串在一起且同相位,这种干扰一般比较难以抑制。 共信号又称为对地感应信号或不对称信号,共信号分量是VCOM,纯共信号是:VCOM=V1=V2;大小相等,相位为0°;V3=0。共信号的电路如图2所示。干扰信号侵入线路和接地之间,干扰电流在两条线上各流过二分之一,以地为公共回路;原则上讲,这种干扰是比较容易消除的。在实际电路中由于线路阻抗不平衡,使共信号干扰会转化为不易消除的串扰干扰。
### EMC干扰与共干扰的区别与联系 #### 一、基本概念 干扰和共干扰是电磁兼容性(EMC)领域的重要概念。干扰是指存在于信号线与其回路线之间的干扰,其电流方向相反且大小通常相等[^1]。而共干扰则是指存在于信号线与地之间或者回路线与地之间的干扰,其电流方向相同且可能不完全相等[^2]。 #### 二、主要特点 - **干扰的特点** 干扰的电流会在信号线及其回路间流动,并形成一个小环天线结构,从而能够向外辐射磁场或接收外部磁场的影响[^3]。由于干扰直接影响到有用的信号质量,因此它对电路性能的危害较大。 - **共干扰的特点** 共干扰虽然本身不会直接损害设备的功能,但如果电路存在不平衡现象,则可能导致部分共干扰转化为干扰,进而严重影响系统的正常运行[^4]。 #### 三、解决方法 针对这两种不同类型的干扰,可以采取相应的措施来降低它们带来的负面影响: - **对于干扰** 使用电感是一种有效的手段。电感由两个匝数相同并按一定方式缠绕的线圈构成,在面对电流时呈现较高的阻抗,而对于共电流则几乎无阻碍作用,这样就可以有效滤除掉成分[^4]。另外,合理设计PCB布局也有助于减少干扰的发生几率。 - **对于共干扰** 应用共扼流圈(Common Mode Choke),即通过让两条导线上产生的磁通相互抵消的方式来阻止共电流传播;同时还可以采用屏蔽技术防止外界环境因素引发额外的共噪音侵入系统内部[^1]。此外,使用双绞线传输数据也是抑制共干扰的好办法之一,因为它可以使两根导体所受外部干扰大致相当,从而达到削弱甚至消除这些干扰的效果。 #### 四、两者间的联系 尽管干扰和共干扰各自具有独特的性质及处理策略,但它们并非孤立存在的实体——当实际工程场景下的线路出现不对称状况时,原本属于共类别的扰动可能会转变成为更具破坏力的形式—形式展现出来。这表明了保持整个布线体系平衡的重要性,只有这样才能最大限度地避免此类转换过程发生,保障整体通信链路稳定可靠运作。 ```python # 示例代码展示如何实现简单的低通滤波器用于去除高频噪声 import numpy as np from scipy.signal import butter, lfilter def create_low_pass_filter(cutoff_frequency, sampling_rate, order=5): nyquist = 0.5 * sampling_rate normal_cutoff = cutoff_frequency / nyquist b, a = butter(order, normal_cutoff, btype='low', analog=False) return b, a def apply_filter(data, b, a): y = lfilter(b, a, data) return y sampling_rate = 1000 # 假设采样率为1kHz cutoff_frequency = 100 # 截止频率设置为100Hz b, a = create_low_pass_filter(cutoff_frequency, sampling_rate) input_signal = np.random.rand(1000) # 随机生成输入信号作为例子 filtered_signal = apply_filter(input_signal, b, a) # 过滤后的信号 ```
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值