电磁抗搅扰电容运用:
一、关于传导打扰测验规范
学过信号与线性体系剖析的咱们都会知道,每一个波形都能够经过傅里叶变换分解为对应的正弦波重量。当设备中的“电流/电压”改变经过电源线、信号线传抵达其他线路时,这个“电流/电压”的改变被称为“传导搅扰”。传导搅扰在描绘中,应该杰出的是“经过线路传达”,这决议了传导搅扰的界说频带在30MHz以下。这个频带内,电磁波的波长较长(一般以为比设备和导线的长度更长),电磁波根本沿导线进行传达。
而由于不同的电流、电压波形都有各个频带的谐波重量,所以每个频率段都有对应的电磁打扰。举个典型的比如,固定频率PWM型开关电源作业在开关状况,接连方式下电源线上的电流波是梯形波;由于梯形波能够分解为无限的整数倍的正弦波以某种联系叠加,因而其对输入线的传导打扰包含了开关频率各整数倍的频率点。
关于传导打扰,《GB9254 信息技术设备的无线电打扰限值和测量办法》中有讲测验分等级,ITE将EUT的测验等级分为A级与B级,并特别标明晰A级产品或许构成无线电搅扰。
就电源产品而言,处于电源产品自身功能参数的考虑,电源电路产品自身或许只需求过A级实验,而将经过B等级传导实验所需求添加的电路称为外围电路。规范中有标定设备端口经过A级与B级测验,准峰值及平均值的电压限值。
由于频率段触及规模较大,在此引申出别的两个概念:差模传导噪声与共模传导噪声。
差模传导噪音是电子设备内部噪音电压发生的与信号电流或电源电流相同途径的噪音电流,频率较低。
共模传导噪音是在设备内噪音电压的驱动下,经过大地与设备之间的寄生电容,在大地与电缆之间活动的噪音电流发生的,频率较高。
传导测验的频率规模为150kHz~30MHz,尽管波长仍是很长,可是能够以为是规模恰当大的一个频率段。而一般习惯上以为,2MHz以下的传导噪声超支以差模噪声超支为主,10MHz以上的传导噪声超支以共模噪声超支为主,2~10MHz的传导噪声为差模噪声跟共模噪声的混合噪声(这个频率段的分法不共同,而且设备不一样对应的剖析办法也不同)。
二、X电容与Y电容
安规电容是指失效后,不会导致电击,不危及人身安全的电容器,一般只用于抗搅扰电路中的滤波作用。
沟通输入线一般由三个端子,前方L(Live),零线N(Neutral),地线PE/G(ProtecTIng Earthing/Ground)。X电容与Y电容的界说,并不是由于原料的不一样(一般都是金属薄膜电容),而是按接入办法——X电容接在L-N线间,形似“X”;Y电容接在L-PE或许N-PE间,形似“Y”。
1、安规电容中的X与Y
已然分作了X电容跟Y电容,二者仍是有必定差异的。除了接法的不同,分级也有差异。下面比较式地讲一下:
X电容:
X电容跨接在L-N线间,一般用于滤波器中作按捺差模搅扰用。由于用处的原因,X电容有以下几个特色:
1)额外电压应当与输入电网电压恰当(规范上标识的耐压AC250V或AC275V字样),确保不会被加在两头的电压击穿。
2)X电容一般容量会比Y电容大些,典型容值是零点几μF~1μF。
3)关于不同要求的设备,X电容的脉冲耐压规范有所不同,X电容一般分为X1/X2/X3种等级,即X1电容运用最多:
4)X电容一般运用金属聚脂薄膜类电容。这种类型的电容,体积较大,但其内阻相应较小,纹波电流大,简略在瞬间充放电。一般电容动态内阻较高,纹波电流较小,耐压也难抵达规范。
*5)依据实践需求,X电容的容值答应比Y电容的容值大,但此刻有必要在X电容的两头并联一个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电进程而致电源线插头长期带电。安全规范规则,当正在作业之中的机器电源线被拔掉时,在两秒钟内,电源线插头两头带电的电压(或对地电位)有必要小于本来额外作业电压的30%。
Y电容:
Y电容一般被用于电源进线或桥式整流输出(初级地)对次级地、机架、屏蔽或大地之间,也有用于电源进线整流输出正对次级输出正之间,用于抵挡共模搅扰电压。Y电容漏电或机壳带电会直接导致操作人员电击,介于其运用场合,Y电容有以下几个特色:
1)容值不能过大,一般不超越4700pF(GJB151规则Y电容的容量应不大于0.1uF),以按捺漏电流的巨细。
2)耐压高,确保在运用场合有满足的安全余量,防止呈现击穿短路现象。
3)相同,Y电容也分等级,相同依照耐压值分为Y1/Y2/Y4(在最新版规范“IEC 60384-14:2013”中取消了Y3类电容器),并对额外电压规模做了新的规则。
网上其实现在仍是有许多关于Y电容的界说跟分类依照旧版别的来。新旧版别根本共同,仅仅为了习惯现在电气设备更高的作业要求,对Y电容的额外电压规模作了修动。
4)额外电压应当接入两头压差恰当(规范上标识的耐压AC300V字样),确保不会被加在两头的电压击穿。
5)出于安全方面考虑,230VAC开关电源中,单个Y1电容运用规模为1000~4700pF,一般运用1000pF或许2200pF(两只Y2串联抵达同等级耐压要求时容量翻倍),确保漏电流尽或许小。
2、关于电容
上面一末节讲了X电容与Y电容的特色,两者相相似可是又有不同的当地。相比较而言Y电容对安全功能的要求更苛刻,需求更小的漏电流,因而容量会较小;此外Y电容有比X电容更高规范的峰值脉冲电压要求,一起额外电压也更高。有些情况下,当额外电压规范共同,峰值脉冲电压规范相契合时,Y电容可作为X电容运用。
作为电容器,抱负电容器与实践电容器之间总会有必定的不同。原因是电容器及其走线存在寄生电感(ESL)和等效串联电阻(ESR)。这种LCR串联网络的阻抗特性并不是抱负电容器的“随频率线递减”,而是存在谐振频率。
在实践电容器的频率曲线上,谐振频率点f0时得到阻抗的最小值,称此频率点为自谐振频率,该点的阻抗值为等效串联阻抗ESR的巨细。频率低于f0,器材显电容特性;频率高于f0,器材显电感特性。
那么,X电容跟Y电容的阻抗特性怎么呢?
X电容跟Y电容的谐振频率点都很高。而由于其运用的差异——X电容由于L-N线间,按捺差模噪声居多,Y电容用于L-PE/N-PE间,按捺共模噪声居多。而共模噪声频率高于差模噪声,所以理论上为了在共模噪声频率有更好的滤波特性,契合实践运用的Y电容自谐振点应该比X电容更高。Y2电容在10~200MHz规模内,在短引线的情况下都有较好的滤波特性。
X电容一般自谐振频率在10MHz以内,而Y电容一般均可道到40MHz或更高。此外,引线的长度也对电容有很大影响。下面有X电容跟Y电容的阻抗特性图,数据来自《开关电源的电磁兼容性规划与测验-钱振宇》。
3、运用电路(关于开关电源传导打扰的滤除)
由于电源回路作业在开关状况,开关电源的电磁打扰一直是比较严重的。以反激拓扑为例,讲一下开关电源的传导打扰,一起剖析X电容跟Y电容在开关电源体系中起到的作用。
发生:
开关电源的电磁打扰由许多要素组成,几种主要原因有:
1)变压器一次侧,由于开关管作业在开关状况,C1与开关管S、变压器原边Np构成高频电流环路,环路面积够大就会发生空间辐射。在这里C1的滤波显得特别重要,C1滤波缺乏,高频电流就会传导到输入线。
2)输出侧也是作业在高频开关状况,当C2滤波缺乏,高频电流会以差模办法传输到Vo。Ns、D、C2构成的高频电流环路也会对空间构成辐射。
3)开关管集电极与散热片之间的分布电容Cd会使得高频开关电流直接经过Cd耦合到保护地PE上,然后发生共模传导、辐射搅扰。实践上电路的LN线无法彻底对称,所以共模搅扰还会转化为差模搅扰。
4)变压器原副边的分布电容Ci,也会耦合原边的高频电压到副边,加重输出端的噪声。
5)整流二极管(一般运用大功率肖特基二极管)在正导游通后PN结积累电荷,在反向电压加在两头的瞬间,电荷要消失,就会呈现瞬态浪涌电流。这部分能量也会经过寄生参数耦合到原边。
6)在体系开关作业的瞬间,理性负载变压器会瞬间在开关管两头感应出较高尖峰电压,频率由变压器漏感、分布电容,开关管的寄生电容决议。这个瞬变电压也会发生电磁打扰。
剖析:
1)由于体系作业在开关状况,体系输入端与输出端都有显着的高频开关电流。要确保输入滤波电容C1、输出滤波电容C2容量满足,确保对高频改变电压有较好的滤波作用。输出滤波电路按需求恰当改为L型或π型滤波器。
2)由于变压器存在分布电容Ci,会耦合原边高频电压到副边,加大输出噪声;也会耦合副边高频改变发生的噪声,耦合的电压以共模打扰的方式在电路中存在。在体系的输入正到输出正,输入地到输出地之间能够用Y电容衔接,Y电容将为共模电流供给回路,然后按捺对输入或输出的共模打扰。
3)关于差模传导搅扰,多选用差模电感Ld与X电容构成双π型滤波器的办法,这种办法关于差模噪声的滤除有显着作用;关于共模传导搅扰,常选用共模电感作为共模滤波器,使得L-N线上的共模信号彼此抵消(由于共模电感的不对称性,也能够一起与X电容结合做差模滤波用)。
4)CY1/CY2为开关电源共模传导打扰供给了榜首级回路,以按捺共模传导噪声。在L-N线接入端添加一级滤波Y电容能够进一步衰减共模电流。
什么是瓷片电容,它有何意义?
电容器变薄但静电容量却反而添加的理由
依据数学表达式C=ε&TImes;S/d,增大电容器静电容量的办法有如下3种:
①增大ε(介电常数)
②增大S (电极面积)
③减小d (电介质厚度)
关于此处的①②,很简略形象直观地进行幻想,可是关于③却相反,总觉得厚的电介质能够积累许多的电荷,
但现实并非如此。这是由于电荷是积累在两个电极上的,而不是积累在电介质中。
首要,我将在使咱们了解上述关键的基础上对怎么推导出计算公式进行阐明。以下,我将罗列枯燥无味的数学公式,敬请体谅。
推导C=ε&TImes;S/d
图1 平板电容器
如图1所示,在电极之间的空间两头加上电压的情况下,所发生的电场强度为E[V/m],电压为V[V],电极间间隔为d[m],并得出式(1)。
E=V/d [V/m]
尽管该电场是因来自电源的电荷而发生的,可是假如经过电力线来描绘该电场,依据高斯定理,Q/ε[根]的电力线从+Q[C]的电荷处动身,那么在图1中,Q/ε[根]的电力线从电极A动身,然后抵达电极B。
由于电力线密度与电场强度是相同的,所以假如将电极的面积设为S[m2],那么数学表达式(2)的联系建立。
V/d=(Q/ε)/S
假如对从电源进入的电荷Q进行收拾,那么得出数学表达式(3)。
Q=ε&TImes;SV/d [C]
经过数学表达式(3)能够看出,由于电荷Q与外加电压是成正比的,所以电容器的功能经过单位外加电压所积累的电荷量进行表现比较好,假如将静电容量设为C[F],那么以下数学表达式建立。
C=Q/V [C/V=F]
由于从这个数学表达式能够看出静电容量C和电荷Q是成正比的,所以关于增大静电容量来说,图1的电极A和B所积累的电荷Q越大越好。
那么,该怎么增大电荷Q呢?经过数学表达式(3),能够看出电荷Q与电极间间隔d是成反比的。也就是说,电极间间隔越小,电荷Q就越大。
简略对以上的内容进行概括,即电极间间隔d越小,电极A和B所积累的电荷Q就越大,由于增大了积累的电荷Q,所以静电容量C也就变大。这样了解的话,我想咱们是否就有稍稍的直观感受了。
经过数学表达式(3)和(4),能够推导出相似的表达式(5)。咱们能够经过数学表达式得出定论:电极间间隔d越小,静电容量C就越大。
那么即可得出下面的定论。
C=ε×S/d [F]