如何正确选择EMC元件

中心论题：

• 对辐射型和传导型干扰的防护
• 滤波器构造及其优缺点

解决方案：

• 带有集成式线路滤波器的连接器
• 与线路滤波器的固定式电源连接
• 在PCB上连接和滤波

使用干线EMI滤波器，是一项确保电磁兼容性的措施。多数情况下，尽管从PCB到控制柜都考虑了EMC设计原则，但滤波器的使用依然是必不可少的。而且，不断提高的功率密度和设备的处理器高性能所带来的辐射并未有任何减少。随着电路的复杂化，它们变得更脆弱，更需要电磁干扰防护。当今要求设备和设施应具有更高的可用性，进一步促使了EMC设计愈发重要。下文阐述了滤波器选择准则，以及与电力接入和滤波器结构有关的各种概念。

现场设施内的故障检测非常耗时，尤其是那些不定期发生、看似随机的故障，很难捕获或模拟。因此，在开发阶段对电磁干扰防护做投入非常重要。

在选择滤波器时，有两个基本问题需要衡量：工作期间可能会有哪些干扰类型？哪些功能干扰是可以容忍的？一个简单的例子就是当电视机旁边的手机在接电话时，对电视机产生的噪声。这个干扰是可容忍的。然而，在医疗或安全技术等应用中，功能干扰则是不能容忍的。

对辐射型和传导型干扰的防护
干扰是经由无线电波或电源线传输到设备或设施中的。这些干扰可能是辐射型或传导型的。金属外壳、金属化复合材料、导线网用于防范辐射型干扰，而线路滤波器用于防范传导型干扰。所有辐射型干扰均源于电缆，并可在任何时间被传输到电缆中。

考虑到这些因素，就可选择适当的干扰抑制措施，并加以应用来实现最优效果。例如，如果不锈钢外壳中的电源线屏蔽不充分，那么外壳就会失去抑制作用。如果缺乏充分屏蔽，干扰就会越过滤波器毫无阻拦地进入到产品中，对滤波器的负载端产生影响，内置式线路滤波器就会失去抑制作用。有相关的设计指示用于解决这个问题。

线路滤波器的选择标准
除了额定电压、额定电流、工作温度等物理属性以外，抑制滤波器的选择还受到安装方法、资源、后勤等易变因素的影响（图1）。

 
滤波器构造
在电力接入和滤波器构造这两方面之间（图2），关于滤波器的构造方式（例如与内置滤波器的固定连接、带有集成式线路滤波器的电力进入模块、PCB上与分立滤波器的固定连接等），大约有10个有意义的组合。

 
滤波器的这些变化，使人们能根据上述选择准则和偏好来做评定。这个比较过程排除了电力接入和滤波器构造的部分方法。上述每种滤波器构造均有优点和缺点。以下是对下列方法的评定：

a. 带有集成式线路滤波器的连接器
这种方法的优点是，线路滤波就在电力接入点进行。滤波器被放在带有较宽金属法兰的全封闭外壳中。只要设备外壳与滤波器外壳的电接触良好，屏蔽和滤波器属性就会很理想。与设备的电源线连接（它们可能充当“天线”）都得到滤波，并且该方法相当紧凑。而另一方面，损失了一些滤波器设计灵活性，这是由于默认提供了一种标准解决方案，并且滤波器内部可用空间有限。该方法仅用于单相电力接入模块。

b. 与线路滤波器的固定式电源连接
该方法对于所有电力类型都非常实用，并且在滤波器尺寸方面极其灵活。大量不同的电力类别和滤波器属性可供利用（滤波器具有多种级数量，使滤波器布局有所不同）。但是，缺点在于没有顾及电力接入点的屏蔽问题。需要用户决定自己希望采用哪些屏蔽方法（屏蔽式电缆和电缆馈线、滤波器位置、额外的屏蔽板等）

c. 在PCB上连接和滤波（带有分立式或印刷式滤波器）
当电力接入和滤波在PCB上进行时，可以省却了导线开支。这对组装工艺有着积极影响。当可用空间有限时，推荐印刷式滤波器。印刷式滤波器构造方面的特殊技术带来了较短的泄漏路径和电压裕度。连接器和滤波器之间的连接长度可以非常短。在类似这样的情况，较短的未滤波路径通常不会引起严重后果。另外，可把带有集成式线路滤波器的连接器用于PCB组装。
电力电子产品中的滤波器元件
对于电力电子产品，特别是在驱动器领域，除了线路滤波以外，其它保护因素也会起到作用。图3所示为某驱动系统的一种构造方式，不同的抑制元件在其中共同产生作用（定性的电压特性）。

 
半导体元件的高频开关会产生谐波、整流中断和瞬态电压峰值。它们给电力网络带来负面影响。除了相关EMC标准以外，电力主管部门还会施行进一步的指令，把对电源网络的干扰减弱到可容忍的程度。扼流器和线路滤波器可用于减弱干扰。除了线路端EMC保护以外，对变频器输出端也通常采用保护措施。目标提高效率、延长工作寿命、实现高效布线。

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