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EMI濾波器中重要的設(shè)計X、Y電容的選擇與使用
作者:  日期:2014-05-13  瀏覽次數(shù):12985次  來源:
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我們一般把安規(guī)電容稱之為X,Y電容,它根據(jù)IEC 60384-14:2005進行認(rèn)證。那么怎么正確的選擇和使用X,Y電容才能夠符合安規(guī)的要求呢?下面我們從XY電容的基本特性和實際應(yīng)用兩方面進行闡述。

 

()  X、Y電容兩者的基本特性

X電容雙稱為差模電容,經(jīng)常性的出現(xiàn)在不會導(dǎo)致電沖擊危險的場合所使用的電容器或RC組件,X電容在電路中用于L-L之間,或L-N之間,從而起到差模濾波的效果,因此X電容也被稱做差模電容。我們把X電容疊加到電源本體上的脈沖峰值電壓(使用中可能承受的)大小,分為X1X2,X3三類電容,下表1。

安規(guī)電容安全等級

應(yīng)用中允許的峰值脈沖電壓

過電壓等級(IEC664

應(yīng)用場合

耐壓測試中施加峰值脈沖電壓Up

X1

2.5KV

≤4.0KV

高峰值脈沖電壓

當(dāng)CR≤1.0uF,

Up=4.0KV;

當(dāng)CR1.0uF,

Up=4/CR1/2

X2

≤2.5KV

普通

當(dāng)CR≤1.0uF,

Up=2.5KV;

當(dāng)CR1.0uF,

Up=2.2/CR1/2

X3

≤1.2KV

??

普通

 

1 X電容

Y電容稱為共模電容,它是一種使用在電容器失效是不會導(dǎo)致電擊危險的場合所使用的電容器或RC組件,使用L-PE, N-PE之間,得到共模濾波的效果,因此Y電容也稱為共模電容。這兩個Y電容連接的位置比較關(guān)鍵,一定要滿足相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn), 以防引起電子設(shè)備漏電或機殼帶電,容易危及人身安全及生命。Y電容屬安全電容,要求電容值不可過大,而耐壓必須較高,具體分類如表2

安規(guī)電容安全等級

絕緣類型

額定電壓范圍

耐壓測試電壓

Y1

雙重絕緣或加強絕緣

≤250V

8.0KV

Y2

雙重絕緣或加強絕緣

≥150V

≤250V

5.0KV

Y3

雙重絕緣或加強絕緣

≥150V

≤250V

??

Y4

雙重絕緣或加強絕緣

150V

2.5KV

2 Y電容

Y電容量必須受到限制,從而達到控制在額定電壓及額定頻率作用下,流過它的漏電流的大小在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)。例如,GJB151就規(guī)定Y電容的容量應(yīng)不大于0.1uF。

另外要注意的是,Y電容除了要符合相應(yīng)的電網(wǎng)電壓耐壓外,同時要求電容器在電氣和機械性能方面有足夠的安全余量,避免在極端惡劣環(huán)境條件下出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象,Y電容的耐壓性能對保護人身安全具有重要意義。

()  X、Y電容具體使用方法

EMI濾波器的設(shè)計中XY電容是相當(dāng)重要的。在EMC設(shè)計里,所有器件都不是理想,包括電容。在頻率范圍比較高的情況下,其寄生參數(shù)(寄生電容、寄生電感)是不可忽視的,而且往往是影響濾波性能的重要因素。


實際電容的等效電路見圖1

1 電容等效電路


圖中:
ESR
:電容器的物理結(jié)構(gòu)及引腳上不可避免的存在寄生電阻,我們稱之為Equivalent Series Resistance
ESL
:電容器將流過它的電流限制在一個給定的物理路徑上,對電流有一定的限制作用,形成了Equivalent Series Inductance;
IR
:直流電壓加在電容上,并產(chǎn)生漏電電流,兩者之比稱為絕緣電阻。當(dāng)電容較小時,主要取決于電容的表面狀態(tài);當(dāng)容量>0.1uf時,主要取決于介質(zhì)的性能。隨著頻率的升高,C的阻抗遠遠小于IR的阻抗,在EMC考慮的頻率范圍以內(nèi),可以忽略IR。
則電容阻抗曲線如圖2,插入損耗曲線如圖3

2 電容阻抗曲線


3 電容插入損耗曲線

上圖可見,因電ESL的存在,電容實際上是一個LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò),在諧振頻率上會發(fā)生諧振,諧振點上,阻抗很小,插損很大;當(dāng)干擾頻率高于諧振點后,電容呈現(xiàn)電感的阻抗特性,頻率越高,阻抗越大,電容的濾波效果越差。這在實際工程中必須引起足夠的重視。

所以要濾除高頻的電磁干擾,一定要使電容器的諧振頻率高于干擾頻率。但有時也利用電容這個特性對特定頻率的干擾進行有效的濾波,通過調(diào)整諧振點,使諧振點在干擾頻率附近。提高諧振頻率的方法使減小引線電感和電容,但有時為了要濾除頻率較低的干擾信號必須使用較大的電容,或者是人為的通過延長電容管腳來增加引線電感。

這便出現(xiàn)了矛盾:為提高高頻的濾波效果,需要使用容量較小的電容,而小電容對低頻的濾波效果又很差,需要增加大電容進行補償,如何兼顧高頻和低頻的濾波要求?通過實踐,我們總結(jié)了一個實用的方法,即用一個大電容和一個小電容并聯(lián)起來使用的解決方案。其插入損耗曲線如圖4所示:

4 電容并聯(lián)插入損耗曲線

在大電容諧振頻率及小電容諧振頻率之間,其中大電容呈現(xiàn)電感特性,小電容呈現(xiàn)電容特性,實際上是一個LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò),此LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在某一頻率上會產(chǎn)生并聯(lián)諧振。

另外,選擇適當(dāng)種類的電容也十分重要。而陶瓷電容具有較好的高頻特性,最常用的濾波電容,但它的容量隨工作電壓、電流頻率、時間和環(huán)境溫度等變化。圖5給出幾種常用電容的使用頻率范圍:

 

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