【精品】9KHz1GHz频段高插损电源滤波器的研制

【精品】9KHz1GHz频段高插损电源滤波器的研制 北京交通大学硕士学位论文 中文摘要 中文摘要摘要:在现代电子设备上，开关电源以其高效、小型和轻便得到越来越广泛的应 用。但随着产品系统的复杂化和高集成化，开关电源噪声大、电磁干扰严重的缺 点也越来越受到关注。如今，相关电磁兼容 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 特别是军标、保密标准对产品的 电磁兼容性要求越来越严格，因此，解决开关电源的电磁干扰对保证系统稳定工作和通过产品认证具有重要的作用。 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 电源滤波器是解决开关电源传导干扰的有效手段。本文主要针对某低辐射保密机设计制作电源滤波器，按照保密标准的传导发射限值要求和设备的传导发射情况，所设计的滤波器应能在,,,,一,,,,全频段内提供,,,,的共模插入损耗。 为实现如此宽频带内高插损的滤波要求。本文采用分频段多级滤波级联的思想，分别从电路结构、滤波参数、磁芯材料、屏蔽和接地方面分别进行了考虑。低频段,,,处我选用超微晶铁氧体磁芯制作大电感来满足滤波要求:中间较宽的,,,频段则选用双级锰锌铁氧体磁芯滤波电路级联，实现稳定的滤波性能;为弥补锰锌铁氧体随频率升高磁导率下降特性，增加一级镍锌铁氧体磁芯滤波电路，重点滤除百,,,,频段的干扰。考虑到集总元器件受分布参数的影响高频滤波性能下降特性，我将滤波器设计成隔离腔体的形式，并在腔体连接处安装穿心电容。穿心电容良好的高频性能能很好地实现几百,,,甚至上,,,的滤波，隔离腔体则能很好地屏蔽高频噪声的空间耦合。上述措施的实施，加上滤波器良好的接地性能和突出螺孔设计，保证了电源滤波器在宽频带内的高插入损耗。 本文按照标准测量滤波器插入损耗的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，结合实验室的测量条件搭建了滤波器铡量实验平台，分别用频谱仪法和矢量溺络 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 仪法测量了滤波器的性能。测量结果表明，滤波器能够很好地满足设计要求。 本文还介绍了电源滤波器设计的设计流程、设计方法、器件选择考虑和具体的设计步骤，并重点对影响滤波性能的阻抗变化因素和分布参数因素进行了分析和仿真。这些设计方法和仿真分析对电源滤波器的设计和制作起到了建议和指导性作用。关键词:,,，电源滤波器;插入损耗;共模滤波;传导发射;铁氧体;分布参数。分类号:,,,,,，(,:,,,,,(, 北京交通大学硕士学位论文 ,,,,,,;, ,,,,,,,, ,,,,,,,,: ,,,,;,,,, ,,,,, ,,,,,,，,,,;, ,, ,,,, ,,,,;,,,,，,,,,, ,,, ,,,,,，,, ,,;,,,,,,,,, ,,,,,, ,,,, ,, ,,,,,, ,,,;,,,,,; ,？,,,,,,,,(,,,,,,,，,, ,,, ,,,,,, ,,;,,,,, ,,,, ;,,,,,, ,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,(,,,,, ,,, ,,,, ,,, ,,,, ;,,;,,,, ,,,,, ,,,,, ,,,,, ,,, ,,,,,,, ,,， ,,,, ,,,,;,,,, ,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,舔,,, ,,,, ,,,,;,,,, ,,,？,,,;,(,,,,,,,,，,,？,,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,,,,，,,,,;,,,,, ,,,,,,,, ,,,,,,,,, ,,, ;,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,, ,, ,,,,,;,,?,,,;,,,,,,,,,,; ;,,,,,,,,,,,, ,,, ,,;,,,,, ,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,(,, ,, ,, ,,,, ,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,,,,,,?, ,,,,,,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,,, ,,, ;,,,,,,;,,,, , ,, ,,,,,,, ,,,;,,,,,,,,,,; ,,,,,,,,,,;, ,, ,,,,;,,,, ,,,,, ,,,,,,( ,,,,, ,,,,,, ,, ,,, ,,,,;,,,, ,最,,,, ,, ,,,,, ,,, ,,， ,,,,,,,,(,,,, ,,,,, ,,,,,, ,,,,,,, ,,, ,,,,,,,, ,,, ,,， ,,,,, ,,,,,, ,,,;, ,, ,,,, 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绞蕉既梦沂芤媪级啵芄蝗梦以诮窈蟮娜松缆飞献龅酶茫叩酶丁,侥甓嗬矗忱鲜Σ唤鲈谘б瞪细揖闹傅迹被乖谒枷搿?钌细乙晕尬?恢恋墓鼗常诖私飨蛏忱鲜χ乱灾孕牡母行缓统绺叩木匆狻?在攻读硕士期间，电磁兼容实验室的王国栋老师、朱云老师、周克生老师、闻映红老师、王风兰老师都给了我很多的关心和帮助，他们不仅在学术上帮助我解决很多科研难题，还教给我很多做人的道理，借此机会向各位老师致以诚挚的谢意和美好的祝福。 在实验室学习及论文研究期间，陈嵩博士给予了我热情的帮助和很好的建议，还有孟东林博士、杨飞博士，他们总是不厌其烦地和我探讨问题、提供想法和思路，在此表示衷心感谢。感谢实验室的安皓、杨光、李潇、许洪岩、杭晨哲、陈家奎、苏立轩、曲璐、翟杰、王强、魏立柱、李静等同学对我的关心和帮助，和你们在一起的日子很开心，我会永远记得。还有师弟师妹们，他们也给了我很多的帮助和支持。 要特别感谢安方高科信息安全技术有限公司的朱安东所长，朱所长为我提供了良好的滤波器制作条件和材料供应，使得我的论文能够顺利进行。 最后，特别感谢一直以来关心、支持我的父母和姐姐。你们的殷切期望激励着我不断前进，祝愿你们健康、快乐、平安、幸福～ 感谢所有关心和支持我的人～谢谢～北京交通大学硕士学位论文 引言 ,引言,(,研究背景及选题意义 随着科学技术的发展，人们在生产和生活中使用的电子设备数量越来越多，结构越来越复杂，集成密度越来越大，使得电磁环境越来越复杂。特别是随着开关电源类数字电路的普及和发展，电源开关频率越来越高，电磁干扰越来越厉害，电磁兼容问题越来越严重地威胁着众多电子设备的可靠运行。此外，电子设备辐射和泄露的电磁波不仅严重干扰其它电子设备的正常工作，导致设备功能紊乱、传输错误、控制失灵，而且威胁着人类的健康与安全，已成为一种无形污染。因此降低电子设备的电磁干扰已成为电子行业十分关注的问题。 在电子设备及电子产品中，电磁干扰能量主要通过两种途径传输，一种是通过空间辐射耦合，另一种主要是通过电源线、信号线等进行传导耦合。在抑制电磁干扰信号的辐射干扰方面，屏蔽是有效的措施;而在抑制,,，信号的传导干扰方面，极为有效的方法是增加滤波器。传导干扰主要包括设备信号线传导干扰、接地线共地阻抗干扰以及电源线传导干扰。在这三种传导干扰中，又以电源线传导干扰最为严重。研究表明，,,,,,,,的干扰是通过电源由电网进入用电设备或由用电设备进入电网的，特别是随着功率半导体器件性能的提高和开关变换技术的革新，开关电源以其效率高、体积小、质量轻的优点被广泛应用于生产生活中。但开关频率的高速变换会产生大量的电磁干扰能量，严重的污染了电网和干扰了用电设备的正常工作。因而针对电源的电磁兼容性工作，成为解决电磁干扰问题的关键。抑制电源线上的传导干扰，采用电源滤波器是一种重要的切断耦合途径的手段。 通常，无论是电子设备的外部还是内部，电源线、信号线都有相当长度，外界或内部的干扰通过线耦合，使干扰沿着电源线、信号线进行传输，随着电磁环境的恶化，电磁干扰频带越来越宽，这就要求配备宽带,,，滤波器。特别针对保密设备，标准对设备的传导发射限值要求特别严格，要满足保密机制的要求，需要性能良好的,,，电源滤波器来抑制传导干扰。市场上的普通电源滤波器，因其集总参数在高频时受分布参数的影响很大，通常都很难满足保密机制标准对传导要求的,,,,一,,,,频段上的滤波，特别是用于低辐射保密机上的滤波器，还要求在此频段上具有很高的插损，一般的滤波器就更不能胜任了。基于此，本文通过选择不同的元件材料来分段 设计滤波网络，并结合屏蔽和接地方面的理论设计宽频带滤波器，对抑制宽频带传导干扰具有重要意义。 北京交通大学硕士学位论文 引言 ,(, ,,，滤波器技术概况 滤波器是按照某种规定的方式将输入信号变换为要求的输出信号的一种网 络，其输出信号可以用时问或频率来描述。在后一种情况下，滤波器通常起着频 率选择的作用，让某些频率的信号无损耗的通过而对于另一些频率的信号抑制和衰减。滤波器理论起始于,,,,年，美国的坎贝尔(,,,,,,,,)和瓦格纳(,,,,,,)分别发明了滤波器。随后二十年代若贝尔(,,,,,,)提出影像参数法的经典滤波器理论，三十年代柯尔(,,,,,)、达林顿(,,,,,,,,,,)等人提出现代滤波器理论。现代滤波器理论包括用转移函数对滤波器指标近似和按近似所得的转移函数综合网络两个问题。随着计算机在近似问题和实现问题中的应用，现代滤波器理论得到了广泛的应用。 ,,，滤波器是抑制传导干扰最为有效的手段，它包括信号线滤波器和电源线滤波器。信号线滤波器允许有用信号无衰减地通过，同时大大衰减无用干扰信号。电源线滤波器通常是一种低通滤波器，它让电源频率(低于,,,,或,,,,,的频率)无损耗的通过，却阻止较高频率的干扰信号通过滤波器。它既保护设备免受电网中电磁干扰的影响，同时它又能抑制设备本身产生的,,，信号，防止进入电网造成污染。按照分类的不同，,,，电源滤波器可分为反射式滤波器和吸收式滤波器，无源滤波器和有源滤波器。,,，电源滤波器由于工作条件和作用有别于普通滤波器，具有其独特的特点:源和负载阻抗变化范围大，干扰源电平变化幅度大，可能导致滤波器磁饱和，要求抑制的频率范围宽，高频特性难以使用集总参数表示，通带内衰减要足够小，阻带内衰减要足够大，对其工作可靠性和安全性要有足够的考虑。它要求设计出的滤波器网络在安全标准对元件的限制和阻抗在很大范围内变化的条件下，在很宽的频率范围内达到插入损耗等指标的要求。 常见的,,，滤波器为一个低通网络，它由电感、电容或电阻等无源器件组合而成。一般其电路形式为,型、,型、石型等基本电路形式或这几种形式的组合。,,，滤波器不同于普通的低通滤波器，二者所关心的滤波器指标、使用环境等都有很大的差异。普通低通滤波器关心幅频特性、相位特性、群延时、波形畸变等特性;而,,，滤波器则更关心插入损耗、能量衰减、截止频率等参量。从使用环境来看，一般低通滤波器工作电压较低、工作电流较小、源端和负载端特性较单一;而,,，滤波器不仅工作电压和电流会比较大，而且要能够承受瞬时大电流的冲击，在使用中必须考虑源端和负载端的端接阻抗对滤波器性能的影响，而且必须结合屏蔽接地技术才能达到良好的,,，抑制效果。 ,,，滤波器的设计理论近年来得到不断发展。,,,,,,, ,(,(与,,,,年提出一种图表方法…，通过事先绘制成的滤波器插损分析列线图设计单级,型和万型,,，北京交通大学硕士学位论文 引言滤波器;,,,,年，,,,,,, ,,,,,,,在其专著中,,发展了列线图方法。考虑滤波器器件非理想特性对列线图的影响，并不再局限于单级滤波器。但这类方法需要搜索大量的图表，且设计与校核过程都比较复杂:另一类方法由,,;,,,, ,,,,,,,,,,,,提出…，根据不同的设计阻抗和插入损耗要求选取滤波电路，估算元件参数;再根据特殊频点的插入损耗要求，加入修正电路模块，同时在设计过程中不断地校核分析滤波器插入损耗，并做以适当修正。,(,研究内容及结构安排 在宽带,,，电源滤波器的设计中，由于分布参数的影响，元器件特性的影响，以及阻抗的影响都会 使得滤波器的性能产生很大的差异，而这些影响因素的不确定性和获取的困难度都给电源滤波器的设计带来了困难。因此，只有对这些方面有充分的考虑，才能设计出性能良好的滤波器。 本文通过设计制作,,,,一,,,,频段高插损电源滤波器，讨论了宽频带、高插损,,，电源滤波器的设计、制作，并通过不同的测试方法对滤波器的性能进行了检验。各章讨论如下: 第二章主要介绍了二端口网络的基本理论和参量矩阵，并利用,参量矩阵分析了典型滤波结构的性能，同时讨论了滤波器的主要指标:插入损耗。并通过仿真重点分析了源阻抗、负载阻抗变化及分布参数对滤波性能的影响。 第三章介绍了滤波器设计中存在的困难，详细介绍了滤波器设计的试验方法、流程和步骤。 第四章主要介绍了滤波器元器件的特性和合理选择时需考虑的方面，重点介绍了电感和电容的滤波特性及选择。 第五章重点介绍了,,,,一,,,,频段高插损滤波器的设计制作过程，通过从仿真分析、材料选择以及屏蔽接地等方面分别进行了详细阐述。 第六章为对所设计的,,，电源滤波器进行性能测量。通过搭建测量系统，应用频谱仪法和矢量网络分析仪法分别对滤波性能进行了测量。结果表明，所设计的滤波器能够在,,,,,一,,,,频段内提供,,,,的插入损耗，符合设计的要求。 第七章为对全文的总结和展望。北京交通大学硕士学位论文 ,,，电源滤波器分析, ,,，电源滤波器分析 本章为,,，电源滤波器的设计提供理论依据。首先介绍基本的网络理论和参量矩阵，然后分析了典型,,，电源滤波器结构的特点，最后介绍了滤波器插入损耗的计算方法。,(,网络理论及参量矩阵,(,(,网络函数 , ,万歹 系 统 ,,,(,,,(,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,, 对于线性非时变连续系统“,，如图,,,所示，可以用,阶常系数线性微分方程描述，即: ,。?,)，,一，,,,,),,::,，,,,。?(,)，,,,(,) (,(,) ,,,,(,),)，‰,,,„“,?,)，…，,,,,)(,)，,,,(,) ,—,，(鼍,,,，生必系统函数定义为 ,(,)全掣:专,, , 彳(,) ,”，,,,,,“,,，…，,,,，,, (,,,) 。„?则系统零状态响应为: ,,),缈,)?,,) (,(,)当系统的激励为单位冲激响应,(,)时，由于,【占(,)】,,，故由式,,,可知，系统的冲激响应可表达为: 三, ,(,)，,矽,) ,(,),,,,【‖(,)】(,,,)即系统函数为系统零状态冲激响应的拉普拉斯变换。 依据对网络输入、输出参量的不同定义，系统函数,(,)可以是单口网络的策 , 北京交通大学硕士学位论文 ,,，电源滤波器分析 动点阻抗函数或导纳函数，也可以是一个双口网络的输入输出端口间的电压或电 流转移函数。 ,(,(,二端口网络及其网络参数 双端口网络的理论。,，在于研究其输入口及输出口间电流电压的关系。二端口 网络是一个具有两对互相隔离的引出端的网络(图,,,)。在实际应用中，在一端对,—,„上接激励源，是信号的输入端;在另一端对,—,?上接负载，是信号的输 出端。,(,(,(, ,参量矩阵 关心图,,,二端口网络的输入、输出口特性，两个端口电流电压关系可以写成: 、,,,,， 一 ((,,,，)) , 十 , , ,(,) ,(? 一 图,,,二端口网络模型 ,,,(,,,(,,, ,,,, ,,,,,,, ,,,,, ,， , 十 ,? ,,【 „乞 ,, ,匕 , ， 弛弛 (,。,)式(,—,)即为二端口网络的导纳方程式，其中巧称为系统的,参数，写成矩阵形式为: ?乏 , (,(,) ，砭 , ,? ?, —( ( 。(, ,, ,? ? ,,参量矩阵为: 北 京交通人学硕士学位论文 ,,，电源滤波器分析 , , —(。 ( ( 。, ,匕 乏: ,〕 (,(,), 参数 可 用 短 路法 求 出 即 当,,口短路时，,,, 耻地 .