电源滤波器的设计和铁氧体EMI抑制

铁氧体利用在高频电磁场中的损耗很大，对干扰能量有较强吸收作用的特点，这种材料广泛应用于电子设备的干扰抑制方面。由于铁氧体对高频波的吸收作用(不是反射)，可以降低电路中电感抑制电路的Q值，减小信号谐振问题。EMI抑制铁氧体与在低频或电源中使用的损耗小的电感材料特性正好相反。

将一个铁氧体磁环套在导线或电缆上就构成了一介简单、经济、便于安装的滤波器，由于铁氧体扼流圈只不过是一个高损耗的电感，因此它只在低阻抗电路中才有作用。大部分电路，特别是电缆，其阻抗随频率的变化很复杂，并且通常在10～1,000Ω范围内。单个铁氧体所提供的衰减很有限，一般在10dB左右，很少超过20dB。铁氧体扼流圈对于降低静电放电电流脉冲的快速上升率别有效，这种静电放电干扰可能会感应进内部电缆。瞬态参量会被铁氧体所吸收，而不是分流或反射到系统的其它部位。

要充分发挥铁氧体的性能，下面一些注意事项十分重要：

1)铁氧体磁环(磁珠)的效果与电路阻抗有关：电路的阻抗越低，则铁氧体磁环或磁珠的滤波效果越好。因此，在一般铁氧体材料的产品手册中，并不给出铁氧体材料的插入损耗，而是给出铁氧体材料的阻抗，铁氧体材料的阻抗越大，滤波效果也越好。
2)电流的影响：当穿过铁氧体的导线中流过较大的电流时，滤波器的低频插入损耗会变小，高频插入损耗变化不大。要避免这种情况发生，在电源线上使用时，可以将电源线与电源回流线同时穿过铁氧体。
3)铁氧体材料的选择：根据要抑制干扰的频率不同，选择不同磁导率的铁氧体材料。铁氧体材料的磁导率越高，低频的阻抗越大，高频的阻抗越小。
4)铁氧体磁环的尺寸确定：磁环的内外径差越大，轴向越长，阻抗越大。但内径一定要包紧导线。因此，要获得大的衰减，在铁氧体磁环内径包紧导线的前提下，尽量使用体积较大的磁环。
5)共模扼流圈的匝数：增加穿过磁环的匝数可以增加低频的阻抗，但是由于寄生电容增加，高频的阻抗会减小。盲目增加匝数来增加衰减量是一个常见的错误。当需要抑制的干扰频带较宽时，可在两个磁环上绕不同的匝数。
6)电缆上铁氧体磁环的个数：增加电缆上的铁氧体磁环的个数，可以增加低频的阻抗，但高频的阻抗会减小。这是因为寄生电容增加的缘故。
7)铁氧体磁环的安装位置：一般尽量靠近干扰源。对于屏蔽机箱上的电缆，磁环要尽量靠近机箱的电缆进出口。与电容式滤波连接器一起使用效果更好：由于铁氧体磁环的效果取决于电路的阻抗，电路的阻抗越低，则磁环的效果越明显。因此当原来的电缆两端安装了电容式滤波连接器时，其阻抗很低，磁环的效果更明显。

设计电力滤波器一般步骤：
1)根据接入点的电压等级及负荷的结构确定有源电力滤波器的电压等级及相应的主电路结构。对于380 V 系统，一般选择通过电抗器直接接入三相系统。而对于10 kV的系统，通常选择通过耦合变压器接入系统。
2)根据选择的电压等级及谐波电流的次数、容量以及所选择的主电路结构，参照开关器件的开关频率、电压等级、电流等级等选择合适的开关器件，确定有源滤波器直流侧合理的工作电压及连接电抗器的参数。
3)应该根据所需要补偿的负荷谐波次数及容量确定有源滤波器补偿电流谐波的最高次数及谐波的容量。
4)根据补偿效果及谐波就地补偿等原则确定有源滤波器的接入点。