emi滤波电路制作（超级好用一新型EMI滤波器）

超级好用新型EMI滤波器

作者：卧龙会 韬略科技EMC

前言

电子元器件先行实现高性能、小型化、复合化的基础，开创了现在高科技产品向高性能、小型化、复合化方向迅速发展的必然趋势。自1999年问世并在美国注册专利，现在已经广泛应用于通信、网络、军事、航空、航天、医疗、消费电子、连接器等的电磁兼容领域之中的BDL EMI滤波器是其中一个为世人注目的高科技新产品。韬略科技于2014年将BDL引入中国，并且实现国产化，BDL有望成为电容、电感、电阻后的第四大高效被动元件。也是作为硬件工程师不得不知晓的提高电路滤波效率的利器。

BDL优势极其明显：

• 有极好的差模/共模噪声抑制效果!
• 降低系统噪声转换情况：

同时，差模噪声转为共模噪声会增加系统向外辐射的能量！今日头条：卧龙会IT技术

其他优势如下：

（1）优化PCB面积：＞70%!

（2）器件体积平均减少73%! 满足超薄设计需求！

（3）直接取代共模电感 2-3个滤波电容的传统L-C滤波电路！

（4）具有更良好的温度和振动特性,直接达到125 ℃车规级 。

（5）用于DC-DC滤波优势明显 。

“宝刀”赠英雄，方显其锋芒！如此好用的神器，如若各路英雄如有意，可去韬略科技EMC,寻找宝刀秘籍。

一 、BDL 的特色

表面上来看，BDL的等效电路图和一般的EMI滤波器好像区别不大，不过是由两个Y电容和一个X电容构成的一般EMI滤波器而已，见图1a)所示。但是，如果进一步观察BDL内部结构，就会发现区别于其他滤波器的地方，见图1b)。

BDL的特征如下：

1. 能实现标准旁路电容的一切功能。

2. 增设两个并联的参考电极G1、G2，它们包围和分离电容的两个电极后构成法拉第屏蔽笼，或构成同轴线结构方式，任何BDL组件都必需此类电极配置方式。

3. 以上结构特征把原本不平衡的一个单端组件创造性地成功改造为一个双端平衡组件，即改造成为由两个标称值完全相等的电容组成。

4. BDL的两个电极和参考电极G1、G2的内部结构尺寸遵循20H设计原则，从而使向外的电磁辐射减小70%。

5. 以上由于其特殊的内部结构使BDL的ESR、ESL降到极低。

6. BDL平衡组件还同时具备这些特点：

（1）线—地电容容值匹配（不平衡度在1～2.5以内）。

（2）内部电容平衡性良好，可对消温度和电压变化。

（3）对两个电极具有同等老化的作用。

二、BDL 的内部结构及装配示意图

A、B多层电容器＋屏蔽电极构成了BDL，如图2a)所示；它的内外结构示意图如图2b)所示。

三 BDL对比常规EMI滤波器

BDL EMI滤波器和常规的双线式和贯通式EMI滤波器进行比较，各类滤波器的结构和电原理，如图3所示。

1.双线式EMI滤波器的不足如下：

（2）磁场对消作用不理想。

2. 贯通式EMI滤波器的不足如下：

（1）仅为单端滤波。

（2）由于是串联到线路中，因此需要考虑电流限制。

3. BDL EMI滤波器的优点

（1）抑制噪声间相互串扰性能超群

（2）由于BDL以并联的形式滤波，因此不受电流的限制。

四、BDL技术特性分析

1、屏蔽原理

（1）单线屏蔽的噪声抑制效果

假如我们只屏蔽BDL的其中一个电极。 那么双线间的噪声抑制效果取决耦合电容Cc’和屏蔽层对地搭接阻抗Zb的分压，由于Zb＜＜Xc’可近似表达为： Zb/Xc’ 因此，对地搭接阻抗Zb越小，双线间的串音抑制效果越好。

（2）双线屏蔽的噪声串扰的抑制效果

假如我们对BDL的两电极都进行屏蔽。那么双线间的噪声抑制效果可近似表达为： Zb2/Xc1 Xc“ 相对于单线屏蔽，双线屏蔽对噪声的抑制会进一步提高。 最后假如我们把BDL两个屏蔽层的间隔合而为一，结果Xc“将趋于无穷大，为此串音也就不复存在。今日头条：卧龙会IT技术

2、共模和差模噪声的转换

下面以简化电路为例分析共模电流是如何转换成差模电流。见图6 。 具有信号电压Vs和内阻抗Zs的信号源通过特性阻抗Zw的电缆将信号电压Vs传递给负载阻抗ZL；当电路接地平面存在各种不期望的电流流过时，在地阻抗ZG上就会产生压降为Vi的共模噪声。

注意，共模噪声Vi存在于ABCD的地电流回路中，其中一个地电流回路的阻抗为Zw；另一个地电流回路有回路阻抗Zs、Zw、和ZL。由于两个地电流回路的阻抗不平衡因此必然会在负载阻抗ZL上产生压降Vo。Vo就是差模噪声，换句话说由于电路的不平衡共模噪声可以转换为差模噪声。

因此抑制上诉地电流噪声转换问题的关键是使得差分电路的两信号阻抗尽量平衡。

3、BDL特殊结构是如何抑制噪声

（1）BDL能有效阻断地电流噪声和A、B两电极之间相互串扰，并将A、B电极上的噪声以极低的ESR、ESL（极低的阻抗）旁路到地上，见图7。

BDL是如何效抑制A、B两电极之间噪声相互串扰，可从图8 BDL内部电极间的电荷分布情况看到，当地电流企图流向＋、－电极时，由于它所产生的磁场和＋、－电极电流的磁场相反，所以被阻断。

（2）BDL能大大减小地电流回路的面积。

下面应用右手定则比较常规电容和BDL形成地电流回路面积的区别。图9中的黄色面积是常规电容的地电流回路面积，由地电流流过A、B电极的方向可知，A、B电极所产生的磁力线是相互叠加的；同样图10中的黄色面积是BDL的地电流回路面积，此地电流 回路面积仅由A、B两个电极间的间距所构成，因此地电流回路面积大大减小，由地电流流过A、B的方向可知，A、B电极所产生的磁力线是相减的。

我们也可以用另一种方法来描绘BDL的 A、B电极所产生磁力线的相互对削过程，见图11。

由图11看到BDL内部的A、B电极磁力线在中间地电极发生对消；常规标准电容C1、C2所产生的磁力线在外部发生对消而在内部磁力线是相互叠加的。 所以，对共、差模噪声的抑制BDL也可以采用图12的示意图表示：

（3）BDL具有极好的平衡特性，因此对地电流噪声具有极好的抑制效果。BDL的平衡特性可由以下的测试曲线证实。

数据显示BDL被试样件为1206 100nF、测量频率30KHz～6GHz,测试结果表明：两个对称电容的幅度误差＜0.1dB；相位误差接近零。从相位测试中发现在频率26.7967MHz点出现自谐振点。 采用BDL差分电路抑制共模噪声向差模噪声转换的分析电路见图14。

4、BDL对不同电路滤波方式

BDL可以根据不同情况采用不同的电路连接方法。 今日头条：卧龙会IT技术

从左到右依次为：差分电路、一个单端电路、两个单端电路。 要注意BDL 的正确接地方法，见图16

由图16测试曲线可以看出BDL一端接地要比两端接地的插入损耗小，在6GHz处约小20dB、0.045GHz处约小10dB、3GHz处约小15dB,所以频率越高一端接地的插入损耗越小，为了提高BDL的插入损耗性能，正确的接地方法应是两端接地（G1、G2都要接地）。

四 BDL的应用实例

1.用于马达的EMI抑制案例

（1）原滤波配置

（2）BDL滤波配置

带BDL滤波电路，如图18所示。

（3）辐射测试的结果

下面是触电刷洗涤器直流马达。

（1）原滤波配置

（2）BDL滤波配置

带BDL滤波电路，如图21所示。

(3) 辐射测试的结果

2.用于单板机的BDL案例

（1）CMD-11E1单板机

（2）实物对比

抑制EMI的组件：磁珠和BDL的实物对比，如图24所示。

（3）传导测试结果

传导测试结果的对比，如下图所示。今日头条：卧龙会IT技术

3.用于连接器的EMI抑制BDL的案例

图28显示BDL斜跨并焊接在上下两排插针之间，所以D型插座可利用的插针数为24针。

4.开关电源的EMI抑制技术

（1）开关电源的常规滤波电路和LC组件

开关电源的常规滤波电路，如图29所示。今日头条：卧龙会IT技术

为了达到抑制开关电源宽频带的目的，干扰能量需要要求组合各种不同值的电容，而且尽可能小的要求ESL和ESR。

（2）开关电源采用BDL的滤波电路

BDL 不仅可以满足上面所述的全部要求，还可以比普通滤波器大大缩减体积。

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图文由深圳韬略科技EMC总经理 投稿

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