王宇虹
摘 要：文章着重介绍了使用滤波器改善电子设备电磁兼容性的方法。对设备分类，早期规划，分区安装是成本最低的工程方法，完全可以避免后期昂贵的整改成本。简单描述了各类干扰的传导和耦合路径，电缆长度及其承载电信号频率对耦合的影响，使用滤波器抑制和阻断耦合的方法。滤波器的选用和安装注意事项等工程实际问题。是屏蔽之外改善电磁兼容性的方法，是屏蔽不可或缺的补充手段。
关键词：电磁兼容；滤波器；屏蔽；电磁耦合；电噪声
中图分类号：TN713 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）10-0163-02
Abstract： This paper mainly introduces the method of using filter to improve the electromagnetic compatibility of electronic equipment. For equipment classification， early planning， partition installation is the lowest cost of engineering methods， which can completely avoid the late expensive cost of rectification. The transmission and coupling path of various kinds of interference， the influence of cable length and the frequency of carrying electric signal on coupling are briefly described. The method of suppressing and blocking coupling by filter is used. The selection and installation of filters and other practical engineering problems. It is a method to improve electromagnetic compatibility outside shielding and is an indispensable supplementary means of shielding.
Keywords： electromagnetic compatibility （EMC）； filter； shielding； electromagnetic coupling； electrical noise
1 提高电子设备抗电磁干扰能力的两种常用方法
滤波和屏蔽是提高电子设备抗干扰能力的两种常见方法，或者用于减少进入某一区域的电磁干扰；或者用于抑制从某区域向外部发射电磁干扰。电磁干扰泛指一切来源于电力线路的电噪声（因电力线路上的交流电源波动造成的低频干扰）和来源于一切通信设备的高频噪声。上面提到的“区域”总是一个三维立体的空间。这个区域可大可小，可以仅有一台电子设备，也可以是一个安装了很多敏感电子设备的房间。诸如安装在房间里的仪器仪表，电子计算机，通信设备等敏感电子设备会受到外部电磁环境的干扰，对房间采用滤波和屏蔽会大大提高这些设备的可靠性。在此，仅就采用滤波器提高电子设备抗电磁干扰能力进行讨论。
2 设备分区安装的重要性
为尽可能减少设备之间的潜在电磁干扰，不同类型的设备分区隔离，包括它们的电源电缆和信号电缆是必不可少的。不做分区安装的设备抗外来干扰能力和抑制其对外部发射干扰都是难以实现的。在一个区域内部的电气和电子线路之间的电磁耦合和区域外部环境与区域内部电气和电子线路之间的电磁耦合，可以通过区域边界的滤波器和屏蔽来抑制。电磁耦合的所有路径都应当考虑找到抑制方法，在此，仅讨论滤波的方法。
3 电磁耦合路径和类型
在一个电子设备安装区域，有5种类型的耦合干扰是我们需要控制的：
公共阻抗传导耦合；公共阻抗耦合之外的其他传导耦合；容性辐射耦合；感性辐射耦合；电磁场辐射耦合。
3.1 公共阻抗传导耦合
公共阻抗由公共电气线路产生。通常是地线或公用的交流市电，或者共用直流电源。这里的地线通常是公共接地搭接网（CBN）。甚至在公共阻抗耦合没有产生任何问题的正常情况下，合闸浪涌，相-地故障，闪电等暂态事件也会在相线和公共接地搭接网感应出电流，产生公共阻抗耦合电压。抑制公共阻抗耦合干扰通常采用按设备分类使用不同的变压器的方法来隔离，这需要在工程的早期进行规划。
3.2 其他传导耦合
其他传导耦合常由信号互联引起。噪声从一个设备接口通过电缆传导到另一个设备接口。该噪声可能和信号本身一样是个差模噪声，也可能是共模噪声，也可能是两者混合。互联电缆可以从其环境中“感应”生成共模噪声，俗称“拾取”，当一台设备连接到一台受共模电压作用的设备，会拾取共模噪声。
3.3 辐射耦合-容性，感性，电磁波
导线之间的寄生电容和电感会产生容性和感性耦合，俗称“串音”。加大导线间距，与保护地线并列走线，可减少此类耦合。当一根电缆的长度与传输的信号或噪声的波长具有可比性时，这根电缆就像发射天线，发射电磁波到空中，然后被其他导线拾取。使用对绞线和屏蔽电缆可以减少此类干扰。当电缆长度接近或超过十分之一波长时，会变成发射和接收天线。在10kHz时，电缆长度达到3公里才有天线效应。而在10MHz时，电缆长度只要3米就够了。频率越高，越易产生干扰。
4 滤波器应用于系统工程
4.1 使用滤波器的目的——抑制金属导体带来的噪声
使用滤波器可以抑制从金属导体带进和带出一个区域的噪声。在减弱传导噪声的同时，也有助于抑制电缆发射和接收噪声。
4.2 共模和差模噪声的衰减
滤波器应设计成以期待的带宽和幅度衰减共模和差模噪声。低通滤波器常用于剥离不需要的高频成分和噪声。共模滤波器常用在电子设备内部保护来自互联电缆的共模噪声，或者保护电缆免受共模噪声侵扰和转变成差模噪声。
4.3 源阻抗和负载阻抗的效应
实际上，滤波器的输入/输出面对的并非标准的50Ω/50Ω阻抗，但廉价滤波器的性能依赖其接入的终端阻抗。对于电源滤波器，其源阻抗（交流市电）随地点和用电时间从2Ω到2000Ω之间变化（更为典型的值是5Ω到300Ω）。在其负载侧变化也是很大（例如AC-DC电源的阻抗在整流器连通时很低，而在其他时间则非常高）。多数情况下滤波器的衰减值与滤波器制造商声称的50Ω/50Ω典型情况不符。
4.4 滤波器的频率响应
某些滤波器的规格书只说明传导发射测试范围（150kHz～30MHz）内的衰减值。我们在选用时，要注意其在需要防护的频率范围内的衰减值。
4.5 滤波器的安装位置
滤波器应当安装在靠近区域边界的地方。输入电缆短到不至于将噪声耦合到区域内部的程度。频率越高，从滤波器输入侧耦合到输出侧的干扰越大，滤波器的作用越弱。当一个区域边界是被电缆穿透的金属面时，滤波器应装在电缆入口处。某些类型的连接器内部含有滤波器。
4.6 滤波器的接地
滤波器外壳到接地导体之间的电感会损害滤波器性能，所以滤波器外壳到接地导体之间不可用导线连接。导线越长，电感越大。把滤波器外壳和接地导体直接搭接是比较好的。
4.7 滤波器的连接
滤波器的输入侧和输出侧的电缆必须严格地隔离。不可把输入侧和输出侧的电缆绞在一起。理想状态是，区域边界是一个屏蔽机箱或房间，滤波器安装在屏蔽金属面上，输入和输出电缆彼此屏蔽。当没有金属屏蔽面时，滤波器的输入和输出电缆尽量远离。滤波器性能的改善可以通过在其一端或两端采用屏蔽电缆来实现。在滤波器需要安装在电缆线槽时，所有非屏蔽的电缆应在同一地点滤波。否则，未滤波电缆和已滤波电缆之间耦合将削弱滤波器的效果。如果并行的是屏蔽电缆，在滤波器安装位置其屏蔽层应搭接在金属线槽上。
4.8 滤波器的额定电流
电源滤波器的额定电流主要由其电感器决定。过载电流能引发如下三种效应：过热，引发可靠性和安全性上的更多后果。扼流圈饱和，引起衰减效果的降低。输出端电压降低。由于某些电子设备（节能照明灯具，马达驱动逆变器等）具有远高于额定均方根值的非正弦波形的峰值电流（有时达到5～10倍的额定电流），所以正确选择电源滤波器还真不是一件简单的事情。如果峰值电流超过滤波器的额定瞬间电流，请咨询生产商。电源滤波器生产商可能提供与过热相关的额定电流降额曲线。电感饱和曲线也可能提供，这个曲线显示电感损失与电流的关系，用于检查电感是否损失过大。当把滤波器应用于直流电源，电感饱和很容易发生。查阅生产商提供的电感饱和损失与直流电流的相关曲线是必须的。
4.9 滤波器的额定电压
滤波器的额定电压应当包括正常工作电压，加上安全系数，再加上可能损坏滤波器的瞬间过载电压裕量。选择滤波器应评估其所处环境的瞬态电压，选择可靠性高并能应付预期过载电压的产品。根据一个极少出现的瞬态过载电压选择滤波器是非常不经济的。但为保障安全和可靠性，将滤波器连同设备一起与良好接地公共接地搭接网连接是必须的。
4.10 简单有效的软磁体滤波器
带有塑料夹的开口软磁体是特别实用的一类滤波器。非常容易使用，当发现没什幺效果时，又可以很容易撤回。形状和大小多样，包括可以适用扁平电缆和带装电缆的类型。软磁体滤波器等同于在电缆上串联了电感器，对高频成分有较大阻抗，这有助于避免谐振产生。当夹在往复电缆回路上时，其抑制共模噪声，当夹在单一导线上时，其抑制差模噪声。请注意其饱和效应，尤其是应用在抑制差模噪声时。软磁体有较高的介电常数，因此给电缆夹上软磁体滤波器并放置于接近接地导体的地方，等同于在电缆中串联了电感阻抗和接地导体之间并联了电容。对抑制高频成分非常有利。但一般只能实现3～12dB的衰减。
5 结束语
由于各类电磁耦合和传导耦合的存在，共用市电或在空间相邻的电子设备之间发生各种电磁干扰是难以避免的现象。屏蔽和滤波是抑制这类干扰的两大手段。本文重点介绍了使用滤波器抑制干扰的方法，同屏蔽手段联合使用，改善电子设备电磁兼容性是不难解决的。
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