电源emi滤波器的设计方法,高性能emi滤波器原理图

电源emi滤波器的设计方法和高性能emi滤波器BDL的原理图具有明显的优势：

把共模噪声转换成差模噪声会降低系统的抗干扰能力！

差模噪声转化为共模噪声会增加系统辐射的能量成本，节省近85%！

噪声幅度抑制与传统滤波电路2833601相比；

频域噪声抑制为41dBuVZ

同时，可以减少传导/辐射发射。

1 1 bdl EMI滤波器的特性

虽然BDL的电气原理图与一般的EMI滤波器没有太大区别，但它只是由两个Y电容和一个X电容组成的一般EMI滤波器，如图1a)。如果我们进一步观察其结构特征的电图，就会发现它的独特性，如图1b)。

它具有以下特点：

1.它具有标准旁路电容的所有功能。

2.添加了两个平行的参考电极G1和G2，它们围绕并分隔电容器的两个电极，以形成法拉第笼或同轴结构，这是任何BDL组件所必需的。

3.上述结构特点创造性地将非平衡单端元件转化为双端平衡元件，即由两个标称值完全相等的电容组成。

4.电容器的两个电极和参考电极G1和G2的结构尺寸遵循20H设计原则，这将向外的电磁辐射减少了70%。

5.上述结构特征最小化了BDL的ESR和ESL。

6.BDL天平组件还具有以下特点：

2BDL EMI滤波器结构和装配示意图

BDEMI滤波器的结构由A、B多层电容屏蔽电极组成，如图2a)；BDL内外结构示意图如图2b所示)。

BD 3BDL EMI滤波器与传统EMI滤波器的比较

下面将常规双线EMI滤波器和直通EMI滤波器与BDL EMI滤波器进行比较，其结构和电气原理图如图3所示。

1.双线EMI滤波器的缺点

2.直通EMI滤波器的缺点

3.BDL EMI滤波器的优点

分析如下：

单线屏蔽的串扰抑制效应

如果我们屏蔽BDL EMI滤波器中的一个电极，那么两根导线之间的串扰抑制效果取决于耦电容Cc '和屏蔽层对地搭接电阻Zb的分压，因为ZB & lt；& lt“XC”可以近似表示为：

Zb/Xc '

因此，接地搭接阻抗Zb越小，两根导线之间的串扰抑制效果越好。

双线屏蔽的串扰抑制效应

如果我们屏蔽BDL EMI滤波器的两个电极，两个导线之间的串扰抑制效果可以近似表示为：

Zb2/Xc1 Xc "

因此，两根导线之间的串扰抑制效果将进一步提高。

BDL的串扰抑制效应

如果我们将两个屏蔽层之间的间隔减少到另一个，并并为一个，结果Xc”将趋于无穷大，因此串扰将不复存在。

C.抑制共模和差模噪声

以一个正常工作的电路为例，说明共模电流引起差模噪声的过程，如图6所示。

具有信号电压Vs和内部阻抗Zs的信号源通过具有特性阻抗Zw的电缆将信号电压Vs传输到负载阻抗ZL；当各种意外接地电流流经电路接地的接地层时，接地层阻抗ZG上的压降Vi就是共模噪声。注意，共模噪声Vi有两个ABCD电流环路；其中一个具有回路阻抗ZW。另一个接地电流环路具有环路阻抗Zs、Zw和ZL。因为两个接地电流回路的阻抗不平衡，所以在负载阻抗ZL上不可避免地会出现电压降Vo。Vo是差模噪声，换句话说，由于电路不平衡，共模噪声可以转化为差模噪声。

因此，抑制地电流的关键是阻断地电流的传输通道或减少地电流量。抑制共模噪声向差模噪声转换的关键是使用差分通道等平衡电路。

BDL能解决上述问题的种分析方法是，它具有阻断地电流流向电容器A、B极的噪声，将A、B极上的旁路噪声接地的功能，如图7所示。

阻挡不了的功能

BDL可以解决上述问题的第二种分析方法是，BDL可以大大减少地电流回路的面积。下面右手定则用于比较常规电容和BDL形成的地电流回路面积的差异。

图9中的黄域是传统电容的地电流环路区域。从流经A、B电极的地电流方向可以看出，A、B电极产生的磁力线是相互叠加的；

同样，图10中的黄域是BDL的地电流回路区域，这里的电流回路区域仅由电极A和B之间的距离构成，因此地电流回路区域大大减小。从流过电极A和B的地电流的方向可以看出，电极A和B产生的磁力线是相减的。

我们还可以用另一种方法来描述BDL A和B电极产生的磁力线相互切割的过程，如图11所示。

图11内部A、B电极的磁力线抵消与常规标准电容器外部磁力线抵消的比较

从图11可以看出，BDL的电极A和B的磁场线在中间接地电极处抵消；标准电容器C1和C2产生的磁力线在外部相互抵消，但在内部相互叠加。

因此，共模噪声和差模噪声BDL的抑制也可以用图12的原理图来表示：

BDL可以解决上述问题的第三种分析方法是，BDL具有出色的平衡特性，因此抑制地电流的功能也很出色。BDL的平衡特性可以通过下面的测试曲线来证实。

图13

数据显示BDL被试样件为1206 100nF、测量频率30KHz～6GHz,测试结果表明：两个对称电容的幅度误差＜0.1dB；相位误差为另。从相位测试中发现在频率26.7967MHz点出现自谐振点。

采用BDL差分电路抑制共模噪声向差模噪声转换的具体电路见图14。

d. BDL可以根据不同情况采用不同的电路连接方法（见图17）

图15 BDL不同的连接方法

从左到右依次为：差分电路、一个单端电路（将BDL两个相同的电容并联）、两个单端电路（将BDL两个相同的电容分别使用）。

要注意BDL 的正确接地方法，见图16

图16 BDL一端接地和两端接地的比较

由图16测试曲线可以看出BDL一端接地要比两端接地的插入损耗小，在6GHz处约小20dB、0.045GHz处约小10dB、3GHz处约小15dB,所以频率越高一端接地的插入损耗越小，为了提高BDL的插入损耗性能，正确的接地方法应是两端接地（G1、G2都要接地）。

4BDL EMI滤波器的应用实例

1.马达的EMI抑制

带防风罩洗涤泵直流马达

a.原滤波配置

图17带防风罩洗涤泵直流马达及原滤波电路和滤波组件

b.采用BDL滤波配

带防风罩洗涤泵直流马达及BDL滤波电路

c.辐射测试结果的对比

触电刷洗涤器直流马达

a.原滤波配置

图22 高速直流马达没有滤波器、应用原滤波器和应用BDL滤波器的辐射（100KHz～1GHz）对比

2.单板机

b.抑制EMI的组件—磁珠和BDL的实物图片比较

c.传导测试结果的对比

d.辐射测试结果的对比－1

e.辐射测试结果的对比－2

图27单板机没有滤波器、磁珠、带磁珠BDL、BDL的辐射（200MHz～1`GHz）对比

3.连接器的EMI抑制技术

图28显示BDL斜跨并焊接在上下两排插针之间，所以D型插座可利用的插针数为24针。每根插针上都有1/2个BDL滤波器，见图15。

4.开关电源的EMI抑制技术

a. 开关电源的常规滤波电路和LC组件

图29开关电源的常规滤波电路

为了抑制开关电源的宽频带干扰能量需要组各种不同值的电容，并要求尽可能小的ESL和ESR。

b.开关电源采用BDL的滤波电路

BDL EMI滤波器不仅可以满足上述要求，还可以大大缩小体积。

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