| 小型电磁EMI滤波器研究 |
| 新闻出处：电子市场 发布时间： 2007年02月26日 |
1引言
电磁兼容的手段有滤波、屏蔽和接地等。滤波器在电磁兼容中有着非常重要的地位，其主要作用是滤除系统内外的电磁杂波，保证电子系统在复杂的电磁环境中可以正常地工作。电磁EMI滤波器用于电子仪器、仪表、雷达、电台、通信设备信号系统抑制30kHz~1GHz频段范围的电磁干扰；也可直接用于各种电子设备、仪器的电源进线中抑制由电源进线引入的各种干扰信号。我们设计的小型电磁EMI滤波器就是为通信系统抑制数字集成电路直流电源的电磁干扰，它可以提高控制系统的信噪比和抗干扰能力。
2小型电磁EMI滤波器设计
小型电磁EMI滤波器是一种低通滤波器。在整个频段内，电感、电容起作用的情况不同，在低频段，铁氧体电感存在，但其电感量太小，对插损的贡献，几乎可以忽略。在高频段，磁心要起一定作用，但不是靠其电感量起作用，而是靠磁心的吸收损耗特性，也就是说在高频段按损耗线滤波器设计。
电磁干扰工作在阻抗不匹配的条件下，干扰电平变化幅度大。根据电磁兼容的要求，较宽抑制频带（10MHz~2000MHz）要求较高的抑制度，因此采用网络综合技术确定的多级滤波器设计原型。设计时根据电磁兼容性要求，分析EMI片状滤波器抑制源频带范围，采用最平坦响应（Butterworth）为设计模型。Butterworth响应是滤波器设计的经典理论，具有快速上升时间、通带具有平坦的振幅度。
滤波器设计时按插入损耗（50欧特性阻抗）要求，对电路进行计算，得出滤波器原型电路。
a.低频段滤波器电路
取工作频率f=10MHz 截止频率f=8MHz
归一化频率Y=100÷80=1.25 又由Ⅱ(10MHz)=15dB
查Butterworth响应图谱 得n=3
得C1 L2 C3值 经变量计算
C1=2200pF L2=0.2μH C3=2200pF
b.在微波频段，按损耗线滤波器设计，即在空心同轴线内外导体间添充磁损耗和介质损耗的材料后，同轴传输线的电磁损耗有较大的增加，构成了损耗传输线。小型电磁EMI滤波器在导线外套入高μNiZn铁氧体材料和管式双极电容，构成了损耗线EMI滤波器。
c.理论和实验都表明，在射频和微波频段，传导信号在边界处会发生电磁场扰动。传导干扰信号变为了辐射干扰信号。因此，宽带EMI滤波器设计了金属屏蔽，屏蔽层与地相接。这样，就隔离了辐射干扰信号。使用时，又切断了地环路干扰。
d.小型电磁EMI滤波器的关键技术是体积的局限。就传统软磁材料而言是一大难题；铁电材料是另一类非常主要的功能材料，在工业不断需求和新物理现象的驱动下，得到飞速发展。
当把具有铁电性的材料与具有铁磁性的材料进行复合，使得复合材料具有铁电相/铁磁相，对外同时呈现铁电性和铁磁性。这类复合材料除了具有单一材料的各种性能外，由于电极化与磁化之间的耦合作用，还会出现许多新的性能如磁电效应。铁电性材料具有较大的电滞损耗和铁磁性材料具有较大的磁滞损耗，这种复合材料具有两种材料的损耗特点，可以广泛应用于抗电磁干扰（EMI）器件上。选用了铁电/铁磁双复材料，制成电感，规格为φ1.8±0.05×φ0.6±0.05×6.5mm。
3实验及结果
以HP-E5100A和HP-E4720E网络测试仪测试建立无载网络分析测试系统。按MIL-STD-220A标准设计建立滤波器网络分析测试系统，进行了LC203-11FW1EE3型EMI滤波器EMI片状滤波器测试。
a.工作温度：-55℃~+85℃
b.额定工作电压：100V.DC
c.绝缘电阻：>1000MΩ（100V.DC）
d.抑制度
不同频率下的插入损耗见表1。
插入损耗曲线见图1。
4结论
基于BUTTERWORTH分析理论和数值方法，设计了小型电磁EMI滤波器的结构、参数、滤波器工艺技术和控制方法以及测量方法；实验数据和理论数值相吻合。小型电磁EMI滤波器是由铁电相/铁磁相材料制成的低通滤波器，体积小，重量轻，滤波效果好，使用灵活。广泛应用于计算机、商用终端、电力检测、通信、工业控制、广播通讯、雷达等直流供电各种仪器、设备中抑制直流传导电磁干扰。 |
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