意大利Icar電容MLR 25 PRL 45200 4571/I-MK SH現(xiàn)貨

濾波器是由電容、電感和電阻組成的濾波電路。濾波器可以對(duì)電源線(xiàn)中特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除，得到一個(gè)特定頻率的電源信號(hào)，或消除一個(gè)特定頻率后的電源信號(hào)。

 

簡(jiǎn)介

 

濾波器是一種選頻裝置，可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分。利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。換句話(huà)說(shuō)，凡是可以使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)都稱(chēng)之為濾波器。濾波器，是對(duì)波進(jìn)行過(guò)濾的器件。“波”是一個(gè)非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，“波”被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時(shí)間起伏變化的過(guò)程。該過(guò)程通過(guò)各類(lèi)傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時(shí)間函數(shù)，稱(chēng)之為各種物理量的時(shí)間波形，或者稱(chēng)之為信號(hào)。因?yàn)樽宰兞繒r(shí)間是連續(xù)取值的，所以稱(chēng)之為連續(xù)時(shí)間信號(hào)，又習(xí)慣地稱(chēng)之為模擬信號(hào)(Analog Signal)。

 

濾波是信號(hào)處理中的一個(gè)重要概念，在直流穩(wěn)壓電源中濾波電路的作用是盡可能減小脈動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑。

 

主要參數(shù)

 

濾波器的主要參數(shù)：

 

中心頻率（Center Frequency）：濾波器通帶的頻率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、f2為帶通或帶阻濾波器左、右相對(duì)下降1dB或3dB邊頻點(diǎn)。窄帶濾波器常以插損最小點(diǎn)為中心頻率計(jì)算通帶帶寬。

 

截止頻率（Cutoff Frequency）：指低通濾波器的通帶右邊頻點(diǎn)及高通濾波器的通帶左邊頻點(diǎn)。通常以1dB或3dB相對(duì)損耗點(diǎn)來(lái)標(biāo)準(zhǔn)定義。相對(duì)損耗的參考基準(zhǔn)為：低通以DC處插損為基準(zhǔn)，高通則以未出現(xiàn)寄生阻帶的足夠高通帶頻率處插損為基準(zhǔn)。

 

通帶帶寬：指需要通過(guò)的頻譜寬度，BW=（f2-f1）。f1、f2為以中心頻率f0處插入損耗為基準(zhǔn)。

 

插入損耗（Insertion Loss）：由于濾波器的引入對(duì)電路中原有信號(hào)帶來(lái)的衰耗，以中心或截止頻率處損耗表征，如要求全帶內(nèi)插損需強(qiáng)調(diào)。

 

紋波（Ripple）：指1dB或3dB帶寬（截止頻率）范圍內(nèi)，插損隨頻率在損耗均值曲線(xiàn)基礎(chǔ)上波動(dòng)的峰值。

 

帶內(nèi)波動(dòng)（Passband Ripple）：通帶內(nèi)插入損耗隨頻率的變化量。1dB帶寬內(nèi)的帶內(nèi)波動(dòng)是1dB。

 

帶內(nèi)駐波比（VSWR）：衡量濾波器通帶內(nèi)信號(hào)是否良好匹配傳輸?shù)囊豁?xiàng)重要指標(biāo)。理想匹配VSWR=1：1，失配時(shí)VSWR>1。對(duì)于一個(gè)實(shí)際的濾波器而言，滿(mǎn)足VSWR<1.5：1的帶寬一般小于BW3dB，其占BW3dB的比例與濾波器階數(shù)和插損相關(guān)。

 

回波損耗（Return Loss）：端口信號(hào)輸入功率與反射功率之比的分貝（dB）數(shù)，也等于20Log10ρ，ρ為電壓反射系數(shù)。輸入功率被端口全部吸收時(shí)回波損耗為無(wú)窮大。

 

阻帶抑制度：衡量濾波器選擇性能好壞的重要指標(biāo)。該指標(biāo)越高說(shuō)明對(duì)帶外干擾信號(hào)抑制的越好。通常有兩種提法：一種為要求對(duì)某一給定帶外頻率fs抑制多少dB，計(jì)算方法為fs處衰減量；另一種為提出表征濾波器幅頻響應(yīng)與理想矩形接近程度的指標(biāo)——矩形系數(shù)（KxdB>1），KxdB=BWxdB/BW3dB，（X可為40dB、30dB、20dB等）。濾波器階數(shù)越多矩形度越高——即K越接近理想值1，制作難度當(dāng)然也就越大。

 

延遲（Td）：指信號(hào)通過(guò)濾波器所需要的時(shí)間，數(shù)值上為傳輸相位函數(shù)對(duì)角頻率的導(dǎo)數(shù)，即Td=df/dv。

 

帶內(nèi)相位線(xiàn)性度：該指標(biāo)表征濾波器對(duì)通帶內(nèi)傳輸信號(hào)引入的相位失真大小。按線(xiàn)性相位響應(yīng)函數(shù)設(shè)計(jì)的濾波器具有良好的相位線(xiàn)性度。

 

 

主要分類(lèi)

 

按所處理的信號(hào)分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種。

 

按所通過(guò)信號(hào)的頻段分為低通、高通、帶通、帶阻和全通濾波器五種。

 

低通濾波器：它允許信號(hào)中的低頻或直流分量通過(guò)，抑制高頻分量或干擾和噪聲；

 

高通濾波器：它允許信號(hào)中的高頻分量通過(guò)，抑制低頻或直流分量；

 

帶通濾波器：它允許一定頻段的信號(hào)通過(guò)，抑制低于或高于該頻段的信號(hào)、干擾和噪聲；

 

帶阻濾波器：它抑制一定頻段內(nèi)的信號(hào)，允許該頻段以外的信號(hào)通過(guò)，又稱(chēng)為陷波濾波器。 

 

全通濾波器：全通濾波器是指在全頻帶范圍內(nèi)，信號(hào)的幅值不會(huì)改變，也就是全頻帶內(nèi)幅值增益恒等于1。一般全通濾波器用于移相，也就是說(shuō)，對(duì)輸入信號(hào)的相位進(jìn)行改變，理想情況是相移與頻率成正比，相當(dāng)于一個(gè)時(shí)間延時(shí)系統(tǒng)。

按所采用的元器件分為無(wú)源和有源濾波器兩種。

 

根據(jù)濾波器的安放位置不同，一般分為板上濾波器和面板濾波器。

 

板上濾波器安裝在線(xiàn)路板上，如PLB、JLB系列濾波器。這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)，缺點(diǎn)是高頻濾波效果欠佳。其主要原因是：

 

1、濾波器的輸入與輸出之間沒(méi)有隔離，容易發(fā)生耦合；

2、濾波器的接地阻抗不是很低，削弱了高頻旁路效果；

3、濾波器與機(jī)箱之間的一段連線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生兩種不良作用： 一個(gè)是機(jī)箱內(nèi)部空間的電磁干擾會(huì)直接感應(yīng)到這段線(xiàn)上，沿著電纜傳出機(jī)箱，借助電纜輻射，使濾波器失效；另一個(gè)是外界干擾在被板上濾波器濾波之前，借助這段線(xiàn)產(chǎn)生輻射，或直接與線(xiàn)路板上的電路發(fā)生耦合，造成敏感度問(wèn)題；

 

濾波陣列板、濾波連接器等面板濾波器一般都直接安裝在屏蔽機(jī)箱的金屬面板上。由于直接安裝在金屬面板上，濾波器的輸入與輸出之間完全隔離，接地良好，電纜上的干擾在機(jī)箱端口上被濾除，因此濾波效果相當(dāng)理想。

 

常用濾波器

 

數(shù)字濾波器

定義

數(shù)字濾波器是與模擬濾波器相對(duì)應(yīng)的，我們?cè)诔Ｓ玫碾x散系統(tǒng)中， 使用數(shù)字濾波器。它的主要作用是利用離散時(shí)間系統(tǒng)的特性，在這里 時(shí)間就是一個(gè)變量，然后在對(duì)外部輸入的信號(hào)，進(jìn)行處理，這里的輸 入信號(hào)一般都是廣義上的波形型號(hào)，信號(hào)可以是電壓、電流、功率等。 當(dāng)然也有類(lèi)似于頻率等這種。在實(shí)際的操作中，我們也可以把輸入的信號(hào)波形變成輸出，也就是將輸入和輸出倒置。從而實(shí)現(xiàn)我們將信號(hào)的頻譜修改的目的。 

 

實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段

數(shù)字濾波器有多種方式可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理，我們介紹在實(shí)際中使用最多的兩種，一種是我們集成電路的方式將集成電路的各種元 器件組成一個(gè)專(zhuān)用的設(shè)備，這種設(shè)備稱(chēng)之為數(shù)字信號(hào)處理機(jī)，類(lèi)似于arm架構(gòu)或者單片機(jī)架構(gòu)的數(shù)字處理機(jī)就是我們常用的一種，這種方式對(duì)于成套批量的需求商用價(jià)值比較高，因?yàn)樵靸r(jià)成本比較低，受到了市場(chǎng)的歡迎；另一種就是使用我們平常使用的x86/x64的商用或者工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬仿真，這個(gè)完全是使用應(yīng)用軟件進(jìn)行仿真的，這種方式也在實(shí)驗(yàn)室或者大型的數(shù)字濾波項(xiàng)目中使用，這種方式成本較高，不適宜與大批量的生產(chǎn)與配套。但是在實(shí)驗(yàn)室是最好的一種模擬方式，在高階模擬和運(yùn)算中有非常大的優(yōu)勢(shì)。 

 

數(shù)字濾波器的對(duì)比

數(shù)字濾波器現(xiàn)在主要有兩種，一種是IIR，我們稱(chēng)之為無(wú)限的沖激響應(yīng)濾波器，另外一種是FIR，這種濾波器是與IIR相對(duì)應(yīng)的，這個(gè)是有限的沖激響應(yīng)濾波器。兩個(gè)系統(tǒng)都是有各自的特點(diǎn)的，F(xiàn)IR的濾波器是沒(méi)有閉環(huán)的反饋的環(huán)路信號(hào)，它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)比較嚴(yán)格的線(xiàn)性方程的相位的計(jì)算，一般情況下相位的要求不嚴(yán)格一 般不會(huì)使用這個(gè)濾波器，相反的話(huà)，會(huì)采用這種濾波器。當(dāng)然在很多的場(chǎng)景下面，我們要對(duì)信號(hào)進(jìn)行一些實(shí)時(shí)的處理，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)數(shù)據(jù)越來(lái)越多的情況下，我們對(duì)硬件的性能要求就越來(lái)越高，市面上很多的單片機(jī)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足我們實(shí)際的功能需求，一般的8位的16位的乃至32位的單片機(jī)以及ARM芯片已經(jīng)不能在對(duì)算法進(jìn)行支撐，由于專(zhuān)門(mén)為數(shù)字處理設(shè)計(jì)的DSP控制器的出現(xiàn)，提高了我們?yōu)V波器的效率，DSP很多情況下可以使用多組總線(xiàn)的方式，并行處理多組實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，獨(dú)立的一些算法器充分的使用大大提高了我們?yōu)V波器的效率。對(duì)于硬件上的短板完全可以由DSP的芯片進(jìn)行彌補(bǔ)，做到對(duì)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理與計(jì)算。DSP與普通的微處理器相比有很大的數(shù)字信號(hào)的處理優(yōu)勢(shì)，他是單片機(jī)以及ARM的繼承，為信號(hào)處理做了一些局部的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，大大的增強(qiáng)了數(shù)字處理的能力，它有特定的數(shù)據(jù)流程格式、有特定的算法器，有特殊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為解決復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)的處理提供了很多優(yōu)越的條件和基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)DSP的編程可以實(shí)現(xiàn)IIR濾波器。 FIR濾波器實(shí)際上有一定的缺陷，這類(lèi)系統(tǒng)只有零點(diǎn)，它不會(huì)跟IIR系統(tǒng)的那樣容易獲取比較好衰減的特性，但是也有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。他是通過(guò)非硬件電路實(shí)現(xiàn)的，相比硬件電路實(shí)現(xiàn)濾波器主要優(yōu)點(diǎn)有很多，例如，效率很高、有極點(diǎn)、有反饋等。 

 

程控濾波系統(tǒng)

程控濾波系統(tǒng)是在傳統(tǒng)濾波器的不足中提出的，傳統(tǒng)濾波器在工作時(shí)產(chǎn)生誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。低精度的濾波器在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，而且傳統(tǒng)濾波器對(duì)波形要求越高就意味著需要跟多的運(yùn)放，這是非常麻煩的。所以程控濾波器的數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，可以有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問(wèn)題，極大地提高生產(chǎn) 效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。

 

無(wú)源濾波器

無(wú)源濾波器是利用電阻、電抗器和電容器元器件構(gòu)成的濾波電路。諧振頻率時(shí)，電路阻抗值最小，非諧振頻率時(shí)，電路阻抗比很大，將電路元器件數(shù)值調(diào)整到某一特征諧波頻率，則能濾除該次諧波電流；當(dāng)若干諧波頻率的調(diào)諧電路組成在一起，則能濾除對(duì)應(yīng)的特征諧波頻率，通過(guò)低阻抗旁路實(shí)現(xiàn)對(duì)主要次數(shù)諧波（3、5、7）的過(guò)濾。主要原理就是針對(duì)不同次數(shù)諧波，設(shè)計(jì)該諧波頻率的阻抗為很小，實(shí)現(xiàn)諧波電流的分流效應(yīng)，即為預(yù)濾除的高次諧波提供旁路通道，實(shí)現(xiàn)凈化波形。

 

無(wú)源濾波器按接線(xiàn)形式可分為電容濾波器、電廠(chǎng)濾波電路、L型RC濾波電路、π形RC濾波電路、多節(jié)π形RC 濾波電路、π形LC濾波電路。按功能可分為單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器。無(wú)源濾波器具有如下優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu) 形式簡(jiǎn)單、投資費(fèi)用低，能夠補(bǔ)償系統(tǒng)中的無(wú)功分量、改善電網(wǎng)功率因數(shù)；工作穩(wěn)定性較高、維護(hù)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等，在有源濾波器出現(xiàn)以前被廣泛采用。無(wú)源濾波器的缺點(diǎn)也有很多方面：受電網(wǎng)參數(shù)的影響較大，系統(tǒng)阻抗值和主要次數(shù)諧振頻率往往隨著工況發(fā)生變化；諧波濾除的頻帶也較窄，只能濾除主要次數(shù)的諧波，或因發(fā)生并聯(lián)諧振，放大一些次數(shù)的諧波；濾波和無(wú)功補(bǔ)償及調(diào)壓之間的協(xié)調(diào)較困難 ；隨著流經(jīng)濾波器的電流升高，可能造成設(shè)備過(guò)負(fù)荷運(yùn)行；耗材多，重量和體積都較大；運(yùn)行穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)。因此，整體性能更優(yōu)的有源濾波器得到越來(lái)越多的應(yīng)用。 

 

有源濾波器

有源濾波器主要作用不僅能動(dòng)態(tài)追蹤并抑制諧波，而且可以補(bǔ)償電網(wǎng)中較低的無(wú)功分量。它能夠?qū)Ψ岛皖l率都波動(dòng)的高次諧波分量進(jìn)行補(bǔ)償，以及對(duì)變化的系統(tǒng)無(wú)功分量進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，克服了傳統(tǒng)型式諧波治理方案和無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，達(dá)到了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償?shù)男Ч?。APF的基本原理是檢測(cè)當(dāng)前系統(tǒng)的電壓和電流信號(hào)，通過(guò)指令電流運(yùn)算電路的運(yùn)算，產(chǎn)生補(bǔ)償電流信號(hào)，并將其指令由補(bǔ)償電流發(fā)生電路按諧波信號(hào)放大，從而得到補(bǔ)償電流，再與系統(tǒng)中的高次諧波分量及無(wú)功等電流抵消，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)波形的正弦化，濾除電網(wǎng)諧波，提高電能質(zhì)量。有源濾波器和無(wú)源濾波器的區(qū)別，在于需要電源供電，且既補(bǔ)諧波又補(bǔ)無(wú)功。指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路是有源濾波器的兩個(gè)重要組成部分。指令電流運(yùn)算電路的作用是檢測(cè)出系統(tǒng)所需補(bǔ)償?shù)闹C波分量和無(wú)功分量等。補(bǔ)償電流發(fā)生電路的作用是按照上述檢測(cè)到的諧波分量和無(wú)功分量，發(fā)出補(bǔ)償電流指令，產(chǎn)生能夠抵消的補(bǔ)償電流，它主要由三部分構(gòu)成 ：電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和主電路。 

 

根據(jù)儲(chǔ)能元件的不同，有源濾波器可以分為電壓型有源濾波器和電流型有源濾波器。電壓型有源濾波器，因其損耗少、效率高，被廣泛使用。電流型有源濾波器，因損耗大、效率低，而較少采用。按照交直流電源可分為直流 APF 和交流 APF。按照電路拓樸結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可分為串聯(lián)型 APF、并聯(lián)型 APF 和串并聯(lián)型，以及APF和PPF的混合型使用方式。與無(wú)源濾波器相比，有源濾波器有許多優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，可控性能非常強(qiáng)；具有自適應(yīng)功能，能夠動(dòng)態(tài)跟蹤和補(bǔ)償系統(tǒng)高次諧波；穩(wěn)定性高，不受系統(tǒng)阻抗影響，避免諧振的發(fā)生；能夠抑制閃變；補(bǔ)償系統(tǒng)不足的無(wú)功分量等。機(jī)柜式系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，聯(lián)絡(luò)設(shè)計(jì)細(xì)密，可隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求擴(kuò)容，可拓展性強(qiáng)，模塊化的配置方式和小巧的體積讓設(shè)計(jì)者有更多的選擇，并可最大程度節(jié)省用戶(hù)空間，可實(shí)現(xiàn)彈性的容量配置，支持后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)容量擴(kuò)展?，F(xiàn)場(chǎng)安裝和維修維護(hù)更是簡(jiǎn)單拔插即可。 抽屜式結(jié)構(gòu)，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)單獨(dú)對(duì)模塊設(shè)計(jì)，選用優(yōu)良的架構(gòu)形式，具備DSP處理能力，運(yùn)用大型可編程控制器操作，選用大功率電力電子組件，具有可外傳的通信端口，還可附于其他盤(pán)柜中獨(dú)立工作。 

 

 

注意事項(xiàng)

 

板上濾波器雖然對(duì)高頻的濾波效果不理想，但是如果應(yīng)用得當(dāng)，可以滿(mǎn)足大部分民用產(chǎn)品電磁兼容的要求。在使用時(shí)要注意以下事項(xiàng)：

 

如果決定使用板上濾波器，在布線(xiàn)時(shí)就要注意在電纜端口處留出一塊“干凈地”，濾波器和連接器都安裝在“干凈地”上。通過(guò)前面的討論，可知信號(hào)地線(xiàn)上的干擾是十分嚴(yán)重的。如果直接將電纜的濾波電容連接到這種地線(xiàn)上，會(huì)造成嚴(yán)重的共模輻射問(wèn)題。為了取得較好的濾波效果，必須準(zhǔn)備一塊干凈地。并與信號(hào)地只能在一點(diǎn)連接起來(lái)，這個(gè)流通點(diǎn)稱(chēng)為“橋”，所有信號(hào)線(xiàn)都從橋上通過(guò)，以減小信號(hào)環(huán)路面積。

 

并排設(shè)置：同一組電纜內(nèi)的所有導(dǎo)線(xiàn)的未濾波部分在—起，已濾波部分在一起。否則，一根導(dǎo)線(xiàn)的耒濾波部分會(huì)將另一根導(dǎo)線(xiàn)的已濾波部分重新污染9使電纜整體濾波失效。

靠近電纜：濾波器與面板之間的導(dǎo)線(xiàn)的距離應(yīng)盡量短。必要時(shí)，使用金屬板遮擋一下，隔離近場(chǎng)干擾。

 

與機(jī)箱接：安裝濾波器的干諍地要與金屬機(jī)箱可靠地搭接起來(lái)，如果機(jī)箱不是金屬的，就在線(xiàn)路板下方設(shè)置一塊較大的金屬板來(lái)作為濾波地。干凈地與金屬機(jī)箱之間的搭接要保證很低的射頻阻抗。如有必要，可以使用電磁密封襯墊搭接，增加搭接面積，減小射頻阻抗。

 

接地線(xiàn)短：考慮到引腳的電感效應(yīng)，其重要性前面已討論，濾波器的局部布線(xiàn)和設(shè)計(jì)線(xiàn)路板與機(jī)箱（金屬板）的連接結(jié)構(gòu)時(shí)要特別注意。