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电源EMI滤波器的结构和工作原理及电路图说明

作者:银河总站 发布时间:2021-02-16 01:59 点击:

  ,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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  (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。

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  NCP3284 4.5V至18V 30A高效率 DC / DC转换器 采用耐热增强型5mm x 6mm封装

  4是一款30A POL,适用于在小型电路板占板面积内要求高效率的应用。该器件将DC / DC控制器与两个高效mosfet集成在一个采用热增强型5mm x 6mm QFN封装的信号中。它采用获得专利的增强型斜坡脉冲调制控制架构,可提供超快的负载瞬变,从而减少外部电容和/或提供更好的瞬态容差。与传统的恒定时间控制器相比,新架构还改进了负载调节。 特性 优势 效率高 减少电力损失 快速装载瞬态 减少输出电容的数量 频率选择 优化效率和输出滤波器尺寸的权衡 0.6%准确参考 允许非常精确的输出电压 远程感知 提供准确的输出电压 启用输入和电力良好指标 二手用于控制排序 可调节电流限制 低电流设计的灵活性 可调节软启动 允许控制开启坡道 热增强型QFN封装 改善散热 指定-40C至125C 应用 终端产品 服务器 网络 电信 ASICs servere 存储 网络 电路图、引脚图和封装图...

  NCP3136 集成同步DC-DC降压转换器 2.9 V至5.5 V 5 A.

  6是一款完全集成的同步降压转换器,可提供高达5A的电流。该器件工作在2.9​​V至5.5V,非常适合3.3V和5V总线提供高效率,快速负载瞬态响应,可在CCM / DCM(自动连续/不连续模式)或FCCM(强制连续导通模式)下运行。高开关频率会降低输出滤波器的尺寸。该器件提供可用于测序的启用和电源良好指示器。 NCP3136采用小型3mm x 3mm QFN封装。 特性 优势 自动DCM / CCM和FCCM操作模式 提高轻载时的效率或使用固定频率操作模式 1.1 MHz开关频率 高开关频率,以最大限度地减少无源元件(电感,电容) 3mm×3mm QFN封装 小尺寸减少了电路板空间。 QFN热增强功耗 输出范围为0.6V至0.84Vin 灵活性允许同一设备用于多个应用程序 过压/欠压,过流和过温保护 保护IC免受故障 内部1.5ms软启动 降低启动时的浪涌电流 安全启动到预生成输出 阻止来自输出电容的反向电流 短路条件下的打嗝模式 防止mosfet损坏和恢复短删除 最高5A连续电流 应 终端产品 5V和3.3V POL应用 服务器/台式机/笔...

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  NCP3235 4.5 V至21 V 集成MOSFET的DC / DC转换器

  5是一款带内部MOSFET的15 A DC / DC转换器,设计灵活。该器件可提供低至0.6V至输入电压80%以上的可调输出电压。功能包括可调电流限制,输出电压和软启动时序。引脚可选功能可实现550 kHz或1 MHz的开关频率,选择DCM / CCM工作模式,以及在过流期间锁定或打嗝模式的能力。该器件可配置为在超声模式下工作,以避开音频带。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm TQFN封装。 特性 优势 准确0.6 V参考 可调输出以设置所需电压低至0.6 V DCM / CCM可选择选项 在不连续模式下操作以在轻负载下提高效率 550kHz / 1.1MHz开关频率 选择更高效率或更小输出滤波器的设计灵活性 超声波模式 保持电容器不发出声音 热增强型QFN封装 3个裸露焊盘散布更高 4.5 V至21 V的宽工作范围 允许跨多个应用程序使用 可调软启动 允许在通电期间平稳上升 应用 终端产品 计算/服务器 数据通信/网络 FGPA,ASIC,DSP电源 12 V负载点 桌面 服务器 网络 电路图、引脚图和封装图...

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  204是一款固定频率,单片,降压型开关稳压器,适用于汽车,电池连接应用,必须使用高达36 V的输入电源。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890204能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。当输出处于稳压状态时,复位引脚发出信号,并在RSTB信号变为高电平之前提供一个引脚来调整延迟。 NCV890204还提供汽车电源系统中预期的多种保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 可调节扩频 EMI减少 内部N通道电源开关 低VIN操作低至4.5 V 高VIN操作至36 V 承受负载转储至40 V 2 MHz自由运行开关频率 使用可调延迟重置 逻辑电平启用输入可直接连接电池 2.2 A(min)逐周期峰值电流限制 频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至0.8 V...

  200是一款固定频率,单片式降压开关稳压器,适用于汽车,电池连接应用,必须在高达36V的输入电源下工作。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890200能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。 NCV890200还提供汽车电源系统中预期的一些保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 2 MHz免费 - 运行开关频率 使用小尺寸,低成本电感和EMI滤波器 内部N通道电源开关 低V IN 低至4.5 V的操作 高V IN 操作至36 V 承受负载转储到40 V 逻辑电平启用输入可直接连接电池 2.2 A(min)逐周期峰值电流限制 频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至0.8 V 1.4毫秒内部软启动 热关机(TSD) 低关机电流 汽车及其他需要现场和变...

  101是一款固定频率,单片,降压型开关稳压器,适用于汽车电池连接应用,必须在高达36V的输入电源下工作。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890101能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,并在高于敏感AM频段的恒定开关频率下工作,无需昂贵的滤波器和EMI对策。两个引脚用于同步切换到时钟或另一个NCV890101。 NCV890101还提供汽车电源系统中预期的多种保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 2 MHz免费 - 运行开关频率 可以使用小尺寸,低成本的电感和EMC滤波器 内部N通道电源开关 低V IN 低至4.5 V的操作 高V IN 操作至36 V 承受负载转储到40 V 与其他NCV890101或外部时钟自动同步 逻辑电平启用输入可直接连接电池 1.4 A(min)逐周期峰值电流限制 通过频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至...

  201是一款固定频率,单片,降压型开关稳压器,适用于汽车,电池连接应用,必须在高达36V的输入电源下工作。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890201能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。两个引脚用于同步切换到时钟或另一个NCV890201。 NCV890201还提供汽车电源系统中预期的多种保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 2 MHz免费 - 运行开关频率 允许使用小型,低成本的电感和EMC滤波器 内部N通道电源开关 低V IN 低至4.5 V的操作 高V IN 操作至36 V 承受负载转储到40 V 与其他NCV890201或外部时钟自动同步 逻辑电平使能输入可直接连接电池 2.2 A(min)逐周期峰值电流限制 频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至0.8 V ...

  NCP81250 单相同步降压稳压器 集成功率MOSFET 用于VR12嵌入式CPU

  50是一款单相同步降压稳压器,集成了功率MOSFET,可为VR12嵌入式CPU提供高效,紧凑的电源管理解决方案。该器件能够在带SVID接口的可调输出上提供高达14 A的TDC输出电流。工作在高达1.2 MHz的高开关频率允许采用小尺寸电感器和电容器,同时由于采用高性能功率MOSFET的集成解决方案而保持高效率。电流模式RPM控制与输入电源和输出电压的前馈确保稳定运行宽操作条件。 特性 优势 5V至20V输入电压范围 优化用于超极本和笔记本应用 带SVID接口的可调输出电压 可编程DVID前馈以支持快速DVID 集成栅极驱动器和功率MOSFET 小外形设计 500kH z~1.2MHz开关频率 减小输出滤波器尺寸和成本 输入电源电压和输出电压的前馈操作 快速线路瞬态响应和DVID转换 过流,过压/欠压和热保护 防止出现故障 5 V至20 V输入电压范围 0.9 V / 1.35 V固定启动电压 带SVID接口的可调输出电压 最多14个TDC输出电流 500 kHz~1.2 MHz开关频率 电流模式RPM控制 可编程SVID地址和I...

  NCV890131 汽车降压开关稳压器 1.2 A 2 MHz 45 V负载转储 同步输入和同步输出

  131是一款固定频率,单片,降压型开关稳压器,适用于汽车电池连接应用,必须使用高达32 V的输入电源。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890131能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。提供两个引脚以同步切换到时钟或另一个NCV890131。 NCV890131还提供汽车电源系统中预期的一些保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 2 MHz免费 - 运行开关频率 可以使用小尺寸,低成本的电感和EMC滤波器 内部N通道电源开关 更少的外部组件 低V IN 操作向下4.5 V 维持电池瞬变期间的操作 高V IN 操作至32 V 在电池瞬变期间维持运行 承受负载转储至45 V 保护负载免受装载转储 逻辑电平启用输入可直接连接电池 灵活启用 1.4 A (min)逐周期峰值电流限制 防止过电流故障 通过频...

  NCV890203 汽车开关稳压器 降压 2.0 A 2 MHz 复位 可调延迟

  203是一款固定频率,单片式降压开关稳压器,适用于汽车电池连接应用,必须使用高达36 V的输入电源。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890203能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,并在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。当输出处于稳压状态时,复位引脚发出信号,并在RSTB信号变为高电平之前提供一个引脚来调整延迟。 NCV890203还提供汽车电源系统中预期的多种保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 内部N通道电源开关 低VIN操作低至4.5 V 高VIN操作至36 V 承受负载转储至40 V 2 MHz自由运行开关频率 使用可调延迟重置 逻辑电平使能输入可直接连接电池 2.2 A(分钟) )逐周期峰值电流限制 通过频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至0.8 V 1.4毫秒内部软启动 热关机(TSD) ...

  100是一款固定频率,单片,降压型开关稳压器,适用于汽车,电池连接应用,必须使用高达36V的输入电源。该调节器适用于汽车驾驶员信息系统中经常遇到的低噪声和小外形要求的系统。 NCV890100能够将典型的4.5 V至18 V汽车输入电压范围转换为低至3.3 V的输出,在高于敏感AM频段的恒定开关频率下,无需昂贵的滤波器和EMI对策。 NCV890100还提供汽车电源系统中预期的一些保护功能,如电流限制,短路保护和热关断。此外,即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波 - 形成节省空间的开关稳压器解决方案。 特性 优势 2-MHz自由运行的开关频率 允许使用小尺寸,低成本的电感和EMC滤波器 内部N通道电源开关 低V IN 低至4.5 V的操作 高V IN 高达36 V的操作 承受负载转储到40 V 逻辑电平启用输入可直接连接电池 1.4 A(min)逐周期峰值电流限制 通过频率折返增强短路保护 ±1.75%输出电压容差 输出电压可调低至0.8 V 1.4 ms内部软启动 热关机(TSD) 低关机电流 汽车和其他需要...

  930是一款2 MHz固定频率低静态电流降压控制器,具有扩频,工作电压高达38 V(典型值)。它可以与时钟同步或分离NCV891930。峰值电流模式控制用于快速瞬态响应和宽输入电压和输出负载范围的严格调节。反馈补偿是设备内部的,允许设计简化。 NCV891930能够在高于敏感AM频段的恒定基极开关频率下,从3.5 V(启动期间为4.5 V)的汽车输入电压范围转换为18 V,无需昂贵的滤波器和EMI对策。对于20 V至38 V(典型值)的输入电压,开关频率可折叠回1 MHz。在高达45 V的负载突降条件下,调节器关闭。高压偏置调节器可自动切换到外部5 V偏置电源,以提高效率。提供多种保护功能,如UVLO,电流限制,短路保护和热关断。即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容,高开关频率也会产生低输出电压纹波,从而形成节省空间的开关解决方案。(NCV881930提供410 kHz版本) 特性 空载时30μA工作电流 75 mV电流限制感应 能够进行45 V负载转储 具有锁定的板可选固定输出电压 2 MHz工作频率同步能力 自适应非重叠电路 集成扩频 逻辑电平启用输入可以绑定直接电池 短路保护脉冲跳过 UV...

  49是一款单相同步降压稳压器,集成了功率MOSFET,可为新一代计算CPU提供高效,紧凑的电源管理解决方案。该器件能够在带SVID接口的可调输出上提供高达14A TDC的输出电流。在高达1.2MHz的高开关频率下工作,允许采用小尺寸电感器和电容器,同时由于采用高性能功率MOSFET的集成解决方案而保持高效率。具有来自输入电源和输出电压的前馈的电流模式RPM控制确保在宽操作条件下的稳定操作。 NCP81149采用QFN48 6x6mm封装。 特性 优势 4.5V至25V输入电压范围 针对超极本和笔记本应用进行了优化 支持11.5W和15W ULT平台 符合英特尔VR12.6和VR12.6 +规格 使用SVID接口调节输出电压 可编程DVID Feed - 支持快速DVID的前进 集成栅极驱动器和功率MOSFET 小外形设计 500kHz~1.2MHz开关频率 降低输出滤波器尺寸和成本 Feedforward Ope输入电源电压和输出电压的比例 快线瞬态响应和DVID转换 过流,过压/欠压和热保护 防止故障 应用 终端产品 工业应用 超极本应用程序 笔记本应用程序 集成POL U...

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