新型的EMI濾波器BDL的優(yōu)勢(shì)與特征

當(dāng)今高科技產(chǎn)品之所以能迅速向高性能、小型化、復(fù)合化方向發(fā)展是建立在電子元器件先行實(shí)現(xiàn)高性能、小型化、復(fù)合化的基礎(chǔ)之上的；高性能、小型化、復(fù)合化已成為當(dāng)今世界高科技產(chǎn)品迅速發(fā)展的必然趨勢(shì)。BDL EMI濾波器是其中一個(gè)為世人注目的高科技新產(chǎn)品，英文名稱BDL（Balanced Dual-Line EMI Filter）它從1999年問(wèn)世和在美國(guó)注冊(cè)專利以來(lái)，已廣泛應(yīng)用于通信、網(wǎng)絡(luò)、軍事、航空、航天、醫(yī)療、消費(fèi)電子、連接器等的電磁兼容領(lǐng)域之中。

BDL優(yōu)勢(shì)極其明顯：

有極好的差模/共模噪聲抑制效果!

降低系統(tǒng)噪聲轉(zhuǎn)換情況：

共模噪聲轉(zhuǎn)換成差模噪聲會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾能力!

差模噪聲轉(zhuǎn)共模噪聲會(huì)增加系統(tǒng)往外輻射的能量?jī)r(jià)格節(jié)省將近85%!

優(yōu)化PCB面積：＞70%!

器件體積平均減少73%! 滿足超薄設(shè)計(jì)需求！

直接取代共模電感+2-3個(gè)濾波電容的傳統(tǒng)L-C濾波電路！

具有更良好的溫度和振動(dòng)特性,直接達(dá)到125 ℃車規(guī)級(jí) 。

用于DC-DC濾波優(yōu)勢(shì)明顯 。

與傳統(tǒng)濾波電路28:1噪聲幅值抑制；

頻域噪聲抑制最大達(dá)41dBuVZ;

可同時(shí)降低傳導(dǎo)/輻射發(fā)射。

1BDL EMI濾波器的特色

雖然BDL的電原理圖和一般的EMI濾波器區(qū)別不大，它不過(guò)是由兩個(gè)Y電容和一個(gè)X電容構(gòu)成的一般EMI濾波器而已，見圖1a)所示。如果進(jìn)一步觀察它具有結(jié)構(gòu)特征的電理圖，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的與眾不同之處，見圖1b)。

它具有如下特征：

1. 具備標(biāo)準(zhǔn)旁路電容的一切功能。

2. 增設(shè)兩個(gè)并聯(lián)的參考電極G1、G2，他們包圍和分離電容的兩個(gè)電極后構(gòu)成法拉第屏蔽籠，或構(gòu)成同軸線結(jié)構(gòu)方式，這種電極配置方式是任何BDL組件所必需的。

3. 以上結(jié)構(gòu)特征把原本不平衡的一個(gè)單端組件創(chuàng)造性地改造成為一個(gè)雙端平衡組件，即改造成為由兩個(gè)標(biāo)稱值完全相等的電容組成。

4. 電容的兩個(gè)電極和參考電極G1、G2的結(jié)構(gòu)尺寸遵循20H設(shè)計(jì)原則，使向外的電磁輻射減小70%。

5. 以上結(jié)構(gòu)特征使BDL的ESR、ESL降到最低。

6. BDL平衡組件還具有以下特點(diǎn)：

線—地電容匹配（不平衡度在1～2.5以內(nèi)）。

對(duì)溫度變化具有對(duì)消作用。

對(duì)電壓變化具有對(duì)消作用。

對(duì)兩個(gè)電極具有同等老化的作用。

2BDL EMI濾波器的結(jié)構(gòu)及其裝配示意圖

BDLEMI濾波器的結(jié)構(gòu)是由A、B多層電容器＋屏蔽電極構(gòu)成，如圖2a)所示；BDL的內(nèi)外結(jié)構(gòu)示意圖如圖2b)所示。

3BDL EMI濾波器和常規(guī)EMI濾波器的比較

以下舉常規(guī)的雙線式和貫通式EMI濾波器和BDLEMI濾波器進(jìn)行比較，他們的結(jié)構(gòu)和電原理圖見圖3。

1. 雙線式EMI濾波器存在的不足

存在串音干擾。

對(duì)消作用不理想。

2. 貫通式EMI濾波器存在的不足

僅為單端。

受到電流的限制。

3. BDLEMI濾波器的優(yōu)點(diǎn)

串音抑制性能超群

不受到電流的限制。(因?yàn)樗遣⒙?lián)使用)

分析如下：

單線屏蔽的串音抑制效果

如果我們對(duì)BDLEMI濾波器中的一個(gè)電極記進(jìn)行屏蔽，那么雙線間的串音抑制效果取決耦合電容Cc’和屏蔽層對(duì)地搭接阻抗Zb的分壓，由于Zb＜＜Xc’可近似表達(dá)為：

Zb/Xc’

因此，對(duì)地搭接阻抗Zb越小，雙線間的串音抑制效果越好。

雙線屏蔽的串音抑制效果

如果我們對(duì)BDLEMI濾波器的兩個(gè)電極都進(jìn)行屏蔽，那么雙線間的串音抑制效果可近似表達(dá)為：

Zb2/Xc1Xc“

因此，雙線間的串音抑制效果將進(jìn)一步得到提高。

BDL的串音抑制效果

如果我們把兩個(gè)屏蔽層的間隔減為另并合而為一，結(jié)果Xc“將趨于無(wú)窮大，為此串音也就不復(fù)存在。

c.對(duì)共、差模噪聲的抑制

下面舉一個(gè)正常工作的電路為例,說(shuō)明由于共模電流引起差模噪聲的過(guò)程，見圖6。

具有信號(hào)電壓Vs和內(nèi)阻抗Zs的信號(hào)源通過(guò)特性阻抗Zw的電纜將信號(hào)電壓Vs傳遞給負(fù)載阻抗ZL；當(dāng)電路接地的地平面有各種不期望的地電流流過(guò)時(shí)，在地平面阻抗ZG上的壓降Vi就是共模噪聲。注意，對(duì)于共模噪聲Vi存在兩個(gè)ABCD地電流回路，其中一個(gè)地電流回路有回路阻抗Zw；另一個(gè)地電流回路有回路阻抗Zs、Zw、和ZL。由于兩個(gè)地電流回路的阻抗不平衡必然會(huì)在負(fù)載阻抗ZL上產(chǎn)生壓降Vo。Vo就是差模噪聲，換句話說(shuō)由于電路的不平衡共模噪聲可以轉(zhuǎn)換為差模噪聲。

因此抑制地電流的關(guān)鍵是阻斷地電流的傳遞信道或降低地電流的數(shù)量；抑制共模噪聲轉(zhuǎn)換為差模噪聲的關(guān)鍵是采用平衡電路如采用差分電路等。

采用BDL可以解決上述問(wèn)題的第一種分析方法：是因?yàn)樗哂凶钄嗟仉娏髟肼暫土飨螂娙萜鰽、B電極和將A、B電極上的旁路噪聲到地功能，見圖7。

關(guān)于具有阻斷地電流噪聲的功能可由圖8BDL電極間的電荷分布情況看到，當(dāng)?shù)仉娏髌髨D流向+、-電極時(shí)，由于它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)和+、-電極電流的磁場(chǎng)相反，所以被阻斷。

采用BDL可以解決上述問(wèn)題的第二種分析方法：是因?yàn)锽DL能大大減小地電流回路的面積。下面應(yīng)用右手定則比較常規(guī)電容和BDL形成地電流回路面積的區(qū)別。

圖9中的黃色面積是常規(guī)電容的地電流回路面積，由地電流流過(guò)A、B電極的方向可知，A、B電極所產(chǎn)生的磁力線是相互疊加的；

同樣圖10中的黃色面積是BDL的地電流回路面積，此地電流回路面積僅由A、B兩個(gè)電極間的間距所構(gòu)成，因此地電流回路面積大大減小，由地電流流過(guò)A、B的方向可知，A、B電極所產(chǎn)生的磁力線是相減的。

我們也可以用另一種方法來(lái)描繪BDLA、B電極所產(chǎn)生磁力線的相互對(duì)削過(guò)程，見圖11。

圖11BDL內(nèi)部A、B電極磁力線對(duì)消和常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)電容外部磁力線對(duì)消的比較

由圖11看到BDL內(nèi)部的A、B電極磁力線在中間地電極發(fā)生對(duì)消；常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)容C1、C2所產(chǎn)生的磁力線在外部發(fā)生對(duì)消而在內(nèi)部磁力線是相互疊加的。

所以，對(duì)共、差模噪聲的抑制BDL也可以采用圖12的示意圖表示：

采用BDL可以解決上述問(wèn)題的第三種分析方法：是BDL具有極好的平衡特性，因此抑制地電流的功能也極好。BDL的平衡特性可由以下的測(cè)試曲線證實(shí)。

圖13BDL兩個(gè)對(duì)稱電容在微波夾具中測(cè)得的幅值和相位

數(shù)據(jù)顯示BDL被試樣件為1206100nF、測(cè)量頻率30KHz～6GHz,測(cè)試結(jié)果表明：兩個(gè)對(duì)稱電容的幅度誤差＜0.1dB；相位誤差為另。從相位測(cè)試中發(fā)現(xiàn)在頻率26.7967MHz點(diǎn)出現(xiàn)自諧振點(diǎn)。

采用BDL差分電路抑制共模噪聲向差模噪聲轉(zhuǎn)換的具體電路見圖14。

d.BDL可以根據(jù)不同情況采用不同的電路連接方法（見圖17）

圖15BDL不同的連接方法

從左到右依次為：差分電路、一個(gè)單端電路（將BDL兩個(gè)相同的電容并聯(lián)）、兩個(gè)單端電路（將BDL兩個(gè)相同的電容分別使用）。

要注意BDL的正確接地方法，見圖16

圖16BDL一端接地和兩端接地的比較

由圖16測(cè)試曲線可以看出BDL一端接地要比兩端接地的插入損耗小，在6GHz處約小20dB、0.045GHz處約小10dB、3GHz處約小15dB,所以頻率越高一端接地的插入損耗越小，為了提高BDL的插入損耗性能，正確的接地方法應(yīng)是兩端接地（G1、G2都要接地）。

4BDL EMI濾波器的應(yīng)用實(shí)例

1.馬達(dá)的EMI抑制

帶防風(fēng)罩洗滌泵直流馬達(dá)

a.原濾波配置

圖17帶防風(fēng)罩洗滌泵直流馬達(dá)及原濾波電路和濾波組件

b.采用BDL濾波配

帶防風(fēng)罩洗滌泵直流馬達(dá)及BDL濾波電路

c.輻射測(cè)試結(jié)果的對(duì)比

觸電刷洗滌器直流馬達(dá)

a.原濾波配置

圖22 高速直流馬達(dá)沒(méi)有濾波器、應(yīng)用原濾波器和應(yīng)用BDL濾波器的輻射（100KHz～1GHz）對(duì)比

2.單板機(jī)

b.抑制EMI的組件—磁珠和BDL的實(shí)物圖片比較

c.傳導(dǎo)測(cè)試結(jié)果的對(duì)比

d.輻射測(cè)試結(jié)果的對(duì)比－1

e.輻射測(cè)試結(jié)果的對(duì)比－2

圖27單板機(jī)沒(méi)有濾波器、磁珠、帶磁珠BDL、BDL的輻射（200MHz～1`GHz）對(duì)比

3.連接器的EMI抑制技術(shù)

圖28顯示BDL斜跨并焊接在上下兩排插針之間，所以D型插座可利用的插針數(shù)為24針。每根插針上都有1/2個(gè)BDL濾波器，見圖15。

4.開關(guān)電源的EMI抑制技術(shù)

a. 開關(guān)電源的常規(guī)濾波電路和LC組件

圖29開關(guān)電源的常規(guī)濾波電路

為了抑制開關(guān)電源的寬頻帶干擾能量需要組合各種不同值的電容，并要求盡可能小的ESL和ESR。

b.開關(guān)電源采用BDL的濾波電路

BDLEMI濾波器不僅可以滿足上述要求，還可以大大縮小體積。

韜略科技經(jīng)過(guò)多年的實(shí)際，已經(jīng)美國(guó)原來(lái)的推薦應(yīng)用領(lǐng)域以外積累很多實(shí)際應(yīng)用案例，包括：

有刷馬達(dá)降低EMI應(yīng)用案例

Qi無(wú)線充電產(chǎn)品替代共模電感濾波案例

開關(guān)電源EMI

DC Motor

IC去耦及EMI抑制

X2Y電容基礎(chǔ)-通用

電源濾波

端口濾波，代替磁環(huán)

連接器應(yīng)用

散熱器EMI抑制

網(wǎng)口RJ45

音頻功放

運(yùn)放