新型的EMI濾波器BDL的優勢與特征
發布時間：2020-02-17 責任編輯：wenwei
【導讀】當今高科技產品之所以能迅速向高性能、小型化、複合化方向發展是建立在電子元器件先行實現高性能、小型化、複合化的基礎之上的；高性能、小型化、複合化已成為當今世界高科技產品迅速發展的必然趨勢。BDL EMI濾波器是其中一個為世人注目的高科技新產品，英文名稱BDL（Balanced Dual-Line EMI Filter）它從1999年問世和在美國注冊專利以來，已廣泛應用於通信、網絡、軍事、航空、航天、醫療、消費電子、連接器等的電磁兼容領域之中。
BDL優勢極其明顯：
● 有極好的差模/共模噪聲抑製效果!
● 降低係統噪聲轉換情況：
共模噪聲轉換成差模噪聲會降低係統的抗幹擾能力!
差模噪聲轉共模噪聲會增加係統往外輻射的能量價格節省將近85%!
● 優化PCB麵積：＞70%!
● 器件體積平均減少73%! 滿足超薄設計需求！
● 直接取代共模電感+2-3個濾波電容的傳統L-C濾波電路！
● 具有更良好的溫度和振動特性,直接達到125 ℃車規級 。
● 用於DC-DC濾波優勢明顯 。
與傳統濾波電路28:1噪聲幅值抑製；
頻域噪聲抑製最大達41dBuVZ;
可同時降低傳導/輻射發射。
當然“寶刀”贈英雄，方顯其鋒芒！各路英雄如有意，寶刀秘籍在此取
1、BDL EMI濾波器的特色
雖然BDL的電原理圖和一般的EMI濾波器區別不大，它不過是由兩個Y電容和一個X電容構成的一般EMI濾波器而已，見圖1a)所示。如果進一步觀察它具有結構特征的電理圖，就會發現它的與眾不同之處，見圖1b)。
它具有如下特征：
1. 具備標準旁路電容的一切功能。
2. 增設兩個並聯的參考電極G1、G2，他們包圍和分離電容的兩個電極後構成法拉第屏蔽籠，或構成同軸線結構方式，這種電極配置方式是任何BDL組件所必需的。
3. 以上結構特征把原本不平衡的一個單端組件創造性地改造成為一個雙端平衡組件，即改造成為由兩個標稱值完全相等的電容組成。
4. 電容的兩個電極和參考電極G1、G2的結構尺寸遵循20H設計原則，使向外的電磁輻射減小70%。
5. 以上結構特征使BDL的ESR、ESL降到最低。
6. BDL平衡組件還具有以下特點：
（1）線—地電容匹配（不平衡度在1～2.5以內）。
（2）對溫度變化具有對消作用。
（3）對電壓變化具有對消作用。
（4）對兩個電極具有同等老化的作用。
2、BDL EMI濾波器的結構及其裝配示意圖
BDL EMI濾波器的結構是由A、B多層電容器＋屏蔽電極構成，如圖2a)所示；BDL的內外結構示意圖如圖2b)所示。
3、BDL EMI濾波器和常規EMI濾波器的比較
以下舉常規的雙線式和貫通式EMI濾波器和BDL EMI濾波器進行比較，他們的結構和電原理圖見圖3。
1. 雙線式EMI濾波器存在的不足
（1）存在串音幹擾。
（2）對消作用不理想。
2. 貫通式EMI濾波器存在的不足
（1）僅為單端。
（2）受到電流的限製。
3. BDL EMI濾波器的優點
（1）串音抑製性能超群
（2）不受到電流的限製。(因為它是並聯使用)
分析如下：
單線屏蔽的串音抑製效果
如果我們對BDL EMI濾波器中的一個電極記進行屏蔽，那麼雙線間的串音抑製效果取決耦合電容Cc’和屏蔽層對地搭接阻抗Zb的分壓，由於Zb＜＜Xc’可近似表達為：
Zb/Xc’
因此，對地搭接阻抗Zb越小，雙線間的串音抑製效果越好。
雙線屏蔽的串音抑製效果
如果我們對BDL EMI濾波器的兩個電極都進行屏蔽 ，那麼雙線間的串音抑製效果可近似表達為：
Zb2/Xc1 Xc“
因此，雙線間的串音抑製效果將進一步得到提高。
BDL的串音抑製效果
如果我們把兩個屏蔽層的間隔減為另並合而為一，結果Xc“將趨於無窮大，為此串音也就不複存在。
c.對共、差模噪聲的抑製
下麵舉一個正常工作的電路為例,說明由於共模電流引起差模噪聲的過程，見圖6。
具有信號電壓Vs和內阻抗Zs的信號源通過特性阻抗Zw的電纜將信號電壓Vs傳遞給負載阻抗ZL；當電路接地的地平麵有各種不期望的地電流流過時，在地平麵阻抗ZG上的壓降Vi就是共模噪聲。注意，對於共模噪聲Vi存在兩個ABCD地電流回路，其中一個地電流回路有回路阻抗Zw；另一個地電流回路有回路阻抗Zs、Zw、和ZL。由於兩個地電流回路的阻抗不平衡必然會在負載阻抗ZL上產生壓降Vo。Vo就是差模噪聲，換句話說由於電路的不平衡共模噪聲可以轉換為差模噪聲。
因此抑製地電流的關鍵是阻斷地電流的傳遞信道或降低地電流的數量；抑製共模噪聲轉換為差模噪聲的關鍵是采用平衡電路如采用差分電路等。
采用BDL可以解決上述問題的第一種分析方法：是因為它具有阻斷地電流噪聲和流向電容器A、B電極和將A、B電極上的旁路噪聲到地功能，見圖7。
關於具有阻斷地電流噪聲的功能可由圖8 BDL電極間的電荷分布情況看到，當地電流企圖流向+、-電極時，由於它所產生的磁場和+、-電極電流的磁場相反，所以被阻斷。
采用BDL可以解決上述問題的第二種分析方法：是因為BDL能大大減小地電流回路的麵積。下麵應用右手定則比較常規電容和BDL形成地電流回路麵積的區別。
圖9中的黃色麵積是常規電容的地電流回路麵積，由地電流流過A、B電極的方向可知，A、B電極所產生的磁力線是相互疊加的；
同樣圖10中的黃色麵積是BDL的地電流回路麵積，此地電流回路麵積僅由A、B兩個電極間的間距所構成，因此地電流回路麵積大大減小，由地電流流過A、B的方向可知，A、B電極所產生的磁力線是相減的。
我們也可以用另一種方法來描繪BDL A、B電極所產生磁力線的相互對削過程，見圖11。
圖11 BDL內部A、B電極磁力線對消和常規標準電容外部磁力線對消的比較
由圖11看到BDL內部的A、B電極磁力線在中間地電極發生對消；常規標準容C1、C2所產生的磁力線在外部發生對消而在內部磁力線是相互疊加的。
所以，對共、差模噪聲的抑製BDL也可以采用圖12的示意圖表示：
采用BDL可以解決上述問題的第三種分析方法：是BDL具有極好的平衡特性，因此抑製地電流的功能也極好。BDL的平衡特性可由以下的測試曲線證實。
圖13 BDL兩個對稱電容在微波夾具中測得的幅值和相位
數據顯示BDL被試樣件為1206 100nF、測量頻率30KHz～6GHz,測試結果表明：兩個對稱電容的幅度誤差＜0.1dB；相位誤差為另。從相位測試中發現在頻率26.7967MHz點出現自諧振點。
采用BDL差分電路抑製共模噪聲向差模噪聲轉換的具體電路見圖14。
d. BDL可以根據不同情況采用不同的電路連接方法（見圖17）
圖15 BDL不同的連接方法
從左到右依次為：差分電路、一個單端電路（將BDL兩個相同的電容並聯）、兩個單端電路（將BDL兩個相同的電容分別使用）。
要注意BDL 的正確接地方法，見圖16
圖16 BDL一端接地和兩端接地的比較
由圖16測試曲線可以看出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，正確的接地方法應是兩端接地（G1、G2都要接地）。
4、BDL EMI濾波器的應用實例
1.馬達的EMI抑製
帶防風罩洗滌泵直流馬達
a.原濾波配置
圖17帶防風罩洗滌泵直流馬達及原濾波電路和濾波組件
b.采用BDL濾波配
帶防風罩洗滌泵直流馬達及BDL濾波電路
c.輻射測試結果的對比
觸電刷洗滌器直流馬達
a.原濾波配置
圖22 高速直流馬達沒有濾波器、應用原濾波器和應用BDL濾波器的輻射（100KHz～1GHz）對比
2.單板機
b.抑製EMI的組件—磁珠和BDL的實物圖片比較
c.傳導測試結果的對比
d.輻射測試結果的對比－1
e.輻射測試結果的對比－2
圖27單板機沒有濾波器、磁珠、帶磁珠BDL、BDL的輻射（200MHz～1`GHz）對比
3.連接器的EMI抑製技術
圖28顯示BDL斜跨並焊接在上下兩排插針之間，所以D型插座可利用的插針數為24針。每根插針上都有1/2個BDL濾波器，見圖15。
4.開關電源的EMI抑製技術
a. 開關電源的常規濾波電路和LC組件
圖29開關電源的常規濾波電路
為了抑製開關電源的寬頻帶幹擾能量需要組合各種不同值的電容，並要求盡可能小的ESL和ESR。
b.開關電源采用BDL的濾波電路
BDL EMI濾波器不僅可以滿足上述要求，還可以大大縮小體積。
韜略科技經過多年的實際，已經美國原來的推薦應用領域以外積累很多實際應用案例，包括：
● 有刷馬達降低EMI應用案例
● Qi無線充電產品替代共模電感濾波案例
● 開關電源EMI
● DC Motor
● IC去耦及EMI抑製
● X2Y電容基礎-通用
● 電源濾波
● 端口濾波，代替磁環
● 連接器應用
● 散熱器EMI抑製
● 網口RJ45
● 音頻功放
● 運放
本文轉載自韜略科技。
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