電源濾波器

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電源濾波器
單相電源濾波器的線路圖

R = 1.0 MΩ
CX = 100 nF(X電容)
CY = 2.2 nF(Y電容)
L = 2×1.0 mH

電源濾波器line filter)或雜訊濾波器noise filter)是指一種安裝在電子設備和其電源之間的電子濾波器,其目的是在降低設備和電源之間電源線上傳導的電磁干擾,電磁干擾的信號一般都是高頻的信號,因此使用的電源濾波器是一種低通濾波器[1],多半是由電容器電感器所組成。

電源濾波器可以整合在連接器內,例如交流電源濾波器可以整合在模組化的IEC電源接頭,或是电源输入模块英语Power entry module中,而電話線上的電源濾波器可以整合在RJ11接頭中。

電源濾波器可以貼裝在印刷電路板上,也可以是一個安裝在設備內的獨立元件,也有些電源濾波器會安裝在房間或配電盤的電源側。

特性[编辑]

電源濾波器的目的是在抑制電磁雜訊,雜訊的影響可分為以下二種:

  • 發射(Emissions):是要將由設備產生,影響電源或其他設備的雜訊降到法規(例如FCC part 15)允許值以下,例如由開關電源產生的雜訊。
  • 抗扰(Immunity): 是要將進入設備的雜訊降低到不會使設備出現異常動作的程度,例如用在廣播電台發射設備中的儀器。

電源濾波器要抑制的雜訊可分為以下的二種:

  • 共模:在二條(或多條)電源線都相同的雜訊,可視為電源線對地的雜訊。
  • 差模:電源線和電源線之間的雜訊。

同一個電源濾波器對於共模雜訊及差模雜訊的抑制能力會有所不同,一般會用頻率對應抑制量(以分貝表示)的頻譜來說明。

結構[编辑]

電源濾波器一般都設計為只由電阻、電容及電感組成的被動濾波器,沒有像電晶體之類的主動元件。右圖是一個電源濾波器的例子,電源濾波器的上方接電源,電源端有一個共模電感,也就是電源的二條線依同一個方向繞在鐵心上,電源線上若有共模訊號,其在共模電感產生的磁場會相加,因此有較大的阻抗,而差模訊號在共模電感產生的磁場會互相抵消,因此可以流過共模電感。電源流過的電流主要是差模的,但上面也可能會雜訊以差模的形式出現,若要抑制差模雜訊,需要另外使用差模電感,或是各相有個別的電感器。

在電源濾波器上會使用特別的安規解耦電容,分為X電容及Y電容二類:

  • X電容:抑制差模干擾(電源線之間的干擾)。
  • Y電容:抑制共模干擾(各組電源線對地之間的干擾)。

由於Y電容提高會使電器的漏電流增加,而電器的漏電流有其規定範圍,因此Y電容不能太大,一般都會比X電容要小。

X電容和Y電容屬於安規電容,即其失效後不會造成電擊,也不會影響人身安全。二者都有自我復原(self-healing)作用,會使局部短路的部份恢復原來的絕緣狀態[2]

對其他零件的影響[编辑]

接地故障斷路器[编辑]

對於Class I(有接地的設備)而言,單相電源的二個Y電容會造成流經接地導體電流的增加提高。醫療設備要求接地漏電流不得超過0.5mA,其他保護等級Class I的設備接地漏電流不得超過3.5mA[3]。也因此Y電容的大小會受到限制[4]

接地漏电保护插座上有多台設備使用電源濾波器,其漏電流可能會累積到30 mA,使得漏电保护開關跳脫[5],因此需使用有延時機能的漏电斷路器,漏电斷路器的額定電流可能需加大[6]

外殼漏電壓[编辑]

若保護等級Class I的設備中,接地保護的導體沒有導通,則設備的金屬外殼會有電流流到地。這是Y電容產生的電容分壓的結果,電源對地的電壓約為115伏。一般醫療用的設備其漏電流需小於0.5 mA,其電源濾波器的Y電容會更小,而其電感感值則會對應增加。

迴路接地[编辑]

若一個有接地的設備(如電腦)以非平衡的接線方式接到一個沒有接地的設備,其接地設備的Y電容、信號線的地線及電腦的接地會形成迴路接地英语Ground loop (electricity),也就是各設備的接地電位不同,造成有電流在各接地點之間流動的情形。

参考资料[编辑]