AC馈电电源滤波器——优化电力系统的重要工具

仅有一级的AC馈电电源滤波器，如图3-4-1中所示的那些滤波器的性能对源和负载阻抗都非常敏感。当它们工作在不是它们技术规范所规定的源和负载阻抗条件下，稍不留心就有提供增益，而不是衰减的可能。这个增益通常会出现在150kHz～4MHz频率范围内。其增益值大约在10～20dB之间。因此由于选择安装一个不适当的单级AC馈电电源滤波器完全有可能会导致在该频率范围内的发射的增加或使敏感度恶化（抗扰度变差）。

图3-4-1 某些典型的单级AC馈电电源滤波器

如图3-4-2中所示的，具有两级或多级的滤波器能够在其内部维持一个节点，在该节点上所形成的阻抗基本上与源或负载阻抗无关。因此它们能够提供较好的衰减性能或至少与它们的50Ω/50Ω技术指标处在相类似的水平上。当然，它们的体积会较大，且花费也会较高。

图3-4-2 一个典型的两级AC馈电电源的滤波器

为了解决阻抗问题，最好购置那些制造厂商已在滤波器的技术规范中对它们在匹配的50Ω/50Ω以及在非匹配的源和负载条件下，已对它们的共模（CM，非对称）以及差模（DM，对称）性能作出规定的滤波器。这里所指的非匹配性能测量结果通常是使用一个0.1Ω的源和一个100Ω负载（或100Ω的源和0.1Ω的负载）条件下对滤波器进行性能测试的结果。

为了求得一个滤波器所应该具有的真正技术性能，其关键技巧是要绘制一个它所形成衰减的频率响应曲线。该曲线是根据所有6个所提供的衰减曲线中的最差性能绘制而成的。并且还假定了，这个衰减的频率响应曲线（滤波器整体最差曲线）代表的就是滤波器的实际性能。图3-4-3所示就是根据上述绘制步骤所绘制的滤波器频率响应曲线的一个例子。当使用这个方法将所选择的滤波器去满足它们应用中预计的需要时，它们的性能通常都会优于或较好于所预期的性能。

图3-4-3 从制造厂商的数据中绘制出实用的滤波器衰减曲线(www.xing528.com)

大多数AC馈电电源用滤波器都是通过使用CM扼流圈加上在相-地之间（三相电源）的低值Y电容来获得对CM信号的衰减的。对差模信号的衰减，它们则依赖于跨接在相-相之间（三相电源）的X电容加上CM扼流圈的漏电感来形成的。

但对那些不得不对付来自开关模式转换器、相角功率控制器、电动机驱动装置和类似设备的高电平低频噪声滤波器而言，经常会需要获得大于采用上述措施所能获得并解决的差模衰减。所以很有可能需要使用如图3-4-4中所示的差模扼流圈。由于扼流圈磁心具有磁饱和问题，会使得将大量差模电感同时安装在一个小型封装中变得相当困难。所以这些滤波器倾向于具有较大的体积和较为昂贵的费用。

图3-4-4 用于一个开关电源转换器的单相AC馈电电源滤波器的例子

从上述我们已知，大多数AC馈电电源滤波器在相地之间都用有Y电容。其电容值大约仅为几个纳法的数量级。使用小值电容的主要原因是要避免由它所产生的地泄漏电流会超过相应安全标准所规定的限值。Y电容正确安装的经验准则是将它连接到滤波器具有最高噪声电平的一侧。例如，当滤波器是用来对整个低频模拟产品（不包括任何数字技术在内）的线电源进行滤波时（典型应用），Y电容应该安装到AC馈电电源滤波器的输入端。但是该滤波器要是用来对付一个开关模式转换器或一个产品既包括有数字处理技术，又包括有RF模拟电路时，它应该安装到AC馈电电源滤波器的输出端。

对于那些用于医疗上的装置，特别是那些与病人直接相连接的装置，会对地泄漏电流有着极为严格的限制。所以往往是不论使用任何合理的Y电容都不可能达到如此低的水平。这样的滤波器将需要从它们的CM扼流圈或通过使用增加滤波器的级数来获得所需要的更高衰减。这样一来，此时的滤波器体积又会变得更大，而且更为昂贵（当然最好是使用一个由电池供电以及仅通过光耦合器或光纤连接来完成与病人直接相连接的医疗装置的连接。这样做的优点是，在AC馈电电源中的Y电容所引起的地泄漏电流将不会造成病人的安全问题）。

在一个大的系统中，来自设备的多个单元中的小值Y电容的地泄漏电流可加累积形成非常大的地泄漏电流（已经见到的一个例子是在一个拥有10，000个PC和它们的显示器的建筑物中的电网大地终端电流可高达70A）。这个大地泄漏电流引起的地电位差不仅会形成哼声，还会在设备之间的互连接电缆中形成很高电平的瞬态。现代最好的工程实践推荐采用三维的栅网大地系统搭接。但在一些较老的建筑物中则无法采用这个技术。因此计划用在一些大系统中的装置可以通过使用很小的Y电容，甚至不使用Y电容的滤波器中获益。即便这样做会使得这些滤波器变得更大和过于昂贵。

最好是使用制造厂商已通过安全认证的AC馈电电源滤波器。并总是应该对这些安全认证的真实性进行确认（可以询问安全认证的签发机构）。此外，还要检查滤波器适用的温度范围、电压和电流的额定以及在它们的测试过程中所使用的安全标准。

AC馈电电源滤波器的性能在很大程度上还取决于它所使用的、随着温度和电流变化的电感器的磁导率。已有文献报导指出，在额定的范围内，AC电压、负载电流和环境温度的改变会降低一个样品AC馈电电源滤波器的衰减性能。其程度最高可达20dB（与正常商业/工业发射测试中所获得的性能相比）。所以为了确保在实际应用中可以获得可接受的发射和抗扰度性能，最好选用可以获得比仅是通过正常EMC测试要高得多的衰减的AC馈电电源滤波器。