中頻發(fā)電機對檢測裝置的干擾剖析及EMI濾波器的實(shí)現

本系統對應的是低源阻抗、高負載阻抗，采用先串電感后并電容的反r型濾波電路。為了在阻帶內獲得最大衰減，濾波器輸入端阻抗需與之連接的噪聲源阻抗相反，即對中頻發(fā)電機產(chǎn)生的低阻抗噪聲源，濾波器需呈現高阻抗(大的串聯(lián)電感)。在檢測裝置所關(guān)注的低頻噪聲頻段，要增加濾波器對較低頻率干擾的衰減，需要大的濾波電感和電容。
由于共模干擾和差模干擾具有不同的干擾特點(diǎn)，噪聲濾波器設計需要采用不同的結構來(lái)對噪聲干擾進(jìn)行抑制。中頻發(fā)電機產(chǎn)生的噪聲以共模干擾為主，共模干擾濾波電路是在電源線(xiàn)的輸入上均串入共模電感，即共模扼流圈。共模扼流圈是以鐵氧體(或更高導磁率的超微晶磁材)為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)匝數相同并對稱(chēng)地繞制在同一個(gè)環(huán)形磁芯上的線(xiàn)圈構成，如圖5所示，形成一個(gè)四端器件，要對于共模信號呈現出的大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現出的很小的漏電感幾乎不起作用。
(a)共模電流通過(guò)時(shí) (b)差模電流通過(guò)時(shí)

共模扼流圈的原理是流過(guò)共模電流時(shí)磁環(huán)中的磁通方向相同(磁通方向根據文獻[4]判別)，因而相互疊加(φ1+φ2)，從而具有相當大的電感量，對共模電流起到抑制作用(圖5(a))，而當兩線(xiàn)圈流過(guò)差模電流時(shí)，磁環(huán)中的磁通方向相反，因而相互抵消(φ1-φ2)，幾乎沒(méi)有電感量，所以差模電流可以無(wú)衰減地通過(guò)(圖5(b))。因此共模電感在平衡線(xiàn)路中能有效地抑制共模干擾信號，而對線(xiàn)路正常傳輸的差模信號無(wú)影響。對于中頻發(fā)電機輸出來(lái)說(shuō)，任何時(shí)候電源線(xiàn)之間的電流都是大小相等，方向相反的(圖5(b))，磁芯中的磁通相互抵消，線(xiàn)圈不呈現阻抗，避免了檢測裝置發(fā)射機高壓供電工作時(shí)因為濾波器的引入而在電源端產(chǎn)生附加的壓降。由此分析得出，在中頻發(fā)電機供電輸出端接入共模扼流圈，能夠抑制電源線(xiàn)上供電回路的共模干擾，而對供電電流不起任何阻礙作用，可以無(wú)損耗地傳輸。
共模電感在制作時(shí)應滿(mǎn)足以下要求：a．繞制在線(xiàn)圈磁芯上的導線(xiàn)要相互絕緣，以保證在高壓供電時(shí)線(xiàn)圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。b．線(xiàn)圈中的磁芯應與線(xiàn)圈絕緣，以防止在瞬時(shí)過(guò)電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。c．線(xiàn)圈應盡可能單層繞制，以減小線(xiàn)圈的寄生電容。
2．2 EMI濾波器的電路設計
為減小體積和重量，中頻發(fā)電機濾波電路采用單級LC EMI濾波器，電路如圖6所示。

對于抑制低頻噪聲，理論上發(fā)電機濾波器的電感和電容的參數選得越大，濾波效果越好。但在實(shí)際應用中，容量大的電容一般寄生電感也大，自諧振頻率低，對高頻噪聲的去耦效果差，而電感值越大，電感的體積也越大，所以在設計時(shí)應權衡各種因素的影響，確定合適的參數。由于檢測裝置中本身帶有幾百mF的電容，因此在本系統中，僅在電容前增加一個(gè)共模扼流圈(約幾十mH，取決于要濾除的干擾的頻率，頻率越低，需要的電感量越大)，它與檢測裝置原有的電容一起構成了反T型濾波電路。濾波電路參數選定后，必須驗證參數選取得是否合適，以保證發(fā)電機噪聲濾波器的自諧振頻率遠小于所要濾除的噪聲頻率，否則發(fā)電機噪聲濾波器不僅不能夠起到抑制噪聲干擾的作用，而且很有可能會(huì )放大噪聲干擾。在EMI濾波器的設計中，起初考慮到除了要抑制中頻發(fā)電機產(chǎn)生的共模干擾外，還應有抑制差模干擾的能力，但經(jīng)過(guò)相關(guān)的實(shí)驗證明，差模濾波器的使用，并未在需要的頻段上增加濾波效果，因此最終僅采用了共模濾波器抑制發(fā)電機干擾。