一种多级强电磁脉冲防护电源滤波器的制作方法

本发明涉及滤波器领域，具体涉及一种多级强电磁脉冲防护电源滤波器。

背景技术：

随着电力电子技术的飞速发展，电磁环境日益复杂，以电子电路为基础的设备容易受到电磁脉冲的干扰导致设备故障。电源作为设备能量的输入端是设备的重要组成部分，在强电磁脉冲干扰下，电源系统首当其冲。因此针对强电磁脉冲进行防护的电源滤波器设计与开发对设备的安全工作有着重要意义。

一般在电源输入端口都要安装电源滤波器，主要有两个目的，其一是抑制经电源线进入敏感设备或系统的电磁干扰；其二是抑制设备或系统自身的传导发射。随着滤波技术的发展，滤波器如何在有限的空间内灵活地变换电路结构参数来获得优良的超宽频段(尤其高频段)滤波效果，是目前研究的热点和难点。现在滤波器种类繁多，但是限幅能力弱、高频特性差一直是难以解决的难题，普通的电源滤波器最高的有效滤波频率只能达到30mhz，信号线缆的滤波磁通的滤波效果极为有限，难以满足电磁兼容的相关标准。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多级强电磁脉冲防护电源滤波器，以克服现有技术中存在的如何在有限的空间内灵活地变换电路结构参数来获得优良的超宽频段(尤其高频段)滤波效果的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多级强电磁脉冲防护电源滤波器，包括外壳、第一部分、第二部分、第三部分、第四部分和滤波器内隔板；多级强电磁脉冲防护电源滤波器从输入端至输出端，第一部分、第二部分、第三部分和第四部分依次相连，第一部分包含依次相连的第一级限幅模块、缓冲网络和第二级限幅模块，第二部分包含依次相连的低频滤波模块和第三级限幅模块，第三部分包含依次相连的中频滤波模块和第四级限幅模块，第四部分包含高频滤波模块；

第一部分与第二部分之间、第二部分与第三部分之间以及第三部分和第四部分之间分别设有滤波器内隔板。

第一部分中，第一级限幅模块与第二级限幅模块采用不同型号的压敏电阻，第一级限幅模块采用的压敏电阻的电压等级高于第二级限幅模块采用的压敏电阻的电压等级。

第一级限幅模块包括压敏电阻mov1、压敏电阻mov2和压敏电阻mov3，压敏电阻mov1、压敏电阻mov2和压敏电阻mov3首尾相连并与外壳连接形成通路；

第二级限幅模块包括压敏电阻mov4、压敏电阻mov5和压敏电阻mov6，压敏电阻mov4、压敏电阻mov5和压敏电阻mov6首尾相连并与外壳连接形成通路；

压敏电阻mov2的两只引脚分别与输入线l和输入线n分别连接，压敏电阻mov2的两只引脚还分别与缓冲网络输入端的两路导线连接；

压敏电阻mov5的两只引脚分别与缓冲网络输出端的两路导线连接。

第二部分中，低频滤波模块包含穿心电容c1、穿心电容c2、共模电感l2、共模电容c3、共模电容c4、差模电感l3、差模电感l4和差模电容c5；共模电感l2输入端和第二级限幅模块通过穿心电容c1和穿心电容c2连接；穿心电容c1和穿心电容c2通过滤波器内隔板上的孔与外壳接触；共模电感l2输出端的两路导线分别与差模电感l3的一端和差模电感l4的一端串联，共模电感l2与差模电感l3串联的部位以及与差模电感l4串联的部位分别与外壳之间连接共模电容c3和共模电容c4，差模电感l3的另一端和差模电感l4的另一端分别与差模电容c5的两个引脚连接。

第二部分中，第三级限幅模块包含瞬态电压抑制管tvs1、瞬态电压抑制管tvs2和瞬态电压抑制管tvs3，瞬态电压抑制管tvs1、瞬态电压抑制管tvs2和瞬态电压抑制管tvs3首尾相连并与外壳连接形成通路，瞬态电压抑制管tvs2与低频滤波模块的输出端连接形成通路。

第三部分中，中频滤波模块包含穿心电容c6、穿心电容c7、共模电感l5和共模电感l6，共模电感l5的输入端的两路导线与第三级限幅模块通过穿心电容c6和穿心电容c7连接；穿心电容c6和穿心电容c7通过滤波器内隔板上的孔与外壳接触；共模电感l5的输出端与共模电感l6的输入端连接。

共模电感l5的电感值高于共模电感l6的电感值。

第三部分中，第四级限幅模块包含瞬态电压抑制管tvs4、瞬态电压抑制管tvs5和瞬态电压抑制管tvs6，瞬态电压抑制管tvs4、瞬态电压抑制管tvs5和瞬态电压抑制管tvs6首尾相连并与外壳连接形成通路，瞬态电压抑制管tvs5与中频滤波模块的输出端连接。

第四部分中，高频滤波模块包含穿心电容c8、穿心电容c9和共模电感l7，共模电感l7输入端的两路导线与态电压抑制管tvs5的两个引脚分别通过穿心电容c8和穿心电容c9连接；穿心电容c8和穿心电容c9通过滤波器内隔板上的孔与外壳接触；共模电感l7输出端的两路导线分别与输出线l和输出线n分别连接。

多级强电磁脉冲防护电源滤波器的输入线l、输入线n，输出线l和输出线n通过橡胶圈与外壳上的通孔配合相连，输入线l、输入线n，输出线l和输出线n对应的开孔垂直于外壳。

本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的多级强电磁脉冲防护电源滤波器的第一部分与第二部分之间、第二部分与第三部分之间以及第三部分和第四部分之间分别设有滤波器内隔板，达到了良好电磁屏蔽的同时，在有限的空间内实现了有针对性的分级的超宽频带高性能滤波。本发明在第一部分强电磁脉冲防护中为提高通流量，限幅模块采用了第一级限幅模块和第二级限幅模块并联的方式，为保证第一级限幅模块和第二级限幅模块有序开断及通流量与通流能力相配合，第一级限幅模块和第二级限幅模块间加入电感缓冲网络，等效长传输线，延缓脉冲达到后级时间，为前级限幅器件的成功抑制创造条件，同时保证了最大通流量。本发明能够针对不同频段分别设计多级强电磁脉冲防护电源滤波器，形成了分段滤波、逐级抑制、段间屏蔽的滤波器结构，实现了超宽频带的高插损滤波。

附图说明

图1为本发明多级强电磁脉冲防护电源滤波器的整体外观结构示意图；

图2为本发明多级强电磁脉冲防护电源滤波器的整体布局结构示意图；

图3为本发明多级强电磁脉冲防护电源滤波器中电路连接的整体电路结构示意图；

图4为本发明多级强电磁脉冲防护电源滤波器中第一部分的电路示意图；

图5为本发明多级强电磁脉冲防护电源滤波器中第二部分的电路示意图；

图6为本发明多级强电磁脉冲防护电源滤波器中第三部分的电路示意图；

图7为本发明多级强电磁脉冲防护电源滤波器中第四部分的电路示意图；

其中：1-外壳，2-第一滤波器内隔板，3-第二滤波器内隔板，4-第三滤波器内隔板，5-孔，6-缓冲网络。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参照图2，本发明的多级强电磁脉冲防护电源滤波器，包括外壳1、第一部分、第二部分、第三部分、第四部分和滤波器内隔板；多级强电磁脉冲防护电源滤波器从输入端至输出端，第一部分、第二部分、第三部分和第四部分依次相连，第一部分包含依次相连的第一级限幅模块、缓冲网络和第二级限幅模块，第二部分包含依次相连的低频滤波模块和第三级限幅模块，第三部分包含依次相连的中频滤波模块和第四级限幅模块，第四部分包含高频滤波模块；第一部分与第二部分之间、第二部分与第三部分之间以及第三部分和第四部分之间分别设有滤波器内隔板。

参照图3和图4，本发发明第一部分中，第一级限幅模块与第二级限幅模块采用不同型号的压敏电阻，第一级限幅模块采用的压敏电阻的电压等级高于第二级限幅模块采用的压敏电阻的电压等级。第一级限幅模块包括压敏电阻mov1、压敏电阻mov2和压敏电阻mov3，压敏电阻mov1、压敏电阻mov2和压敏电阻mov3首尾相连并与外壳连接形成通路；第二级限幅模块包括压敏电阻mov4、压敏电阻mov5和压敏电阻mov6，压敏电阻mov4、压敏电阻mov5和压敏电阻mov6首尾相连并与外壳连接形成通路；压敏电阻mov2的两只引脚分别与输入线l和输入线n分别连接，压敏电阻mov2的两只引脚还分别与缓冲网络6输入端的两路导线连接；压敏电阻mov5的两只引脚分别与缓冲网络6输出端的两路导线连接。

参照图3和图5，本发明第二部分中，低频滤波模块包含穿心电容c1、穿心电容c2、共模电感l2、共模电容c3、共模电容c4、差模电感l3、差模电感l4和差模电容c5；共模电感l2输入端的两路导线和压敏电阻mov5的两只引脚分别通过穿心电容c1和穿心电容c2连接；穿心电容c1和穿心电容c2通过滤波器内隔板上的孔与外壳接触；共模电感l2输出端的两路导线分别与差模电感l3的一端和差模电感l4的一端串联，共模电感l2与差模电感l3串联的部位以及与差模电感l4串联的部位分别与外壳之间连接共模电容c3和共模电容c4，差模电感l3的另一端和差模电感l4的另一端分别与差模电容c5的两个引脚连接；第三级限幅模块包含瞬态电压抑制管tvs1、瞬态电压抑制管tvs2和瞬态电压抑制管tvs3，瞬态电压抑制管tvs1、瞬态电压抑制管tvs2和瞬态电压抑制管tvs3首尾相连并与外壳连接形成通路，瞬态电压抑制管tvs2的两个引脚分别与差模电容c5的两个引脚连接形成通路。

参照图3和图6，第三部分中，中频滤波模块包含穿心电容c6、穿心电容c7、共模电感l5和共模电感l6，共模电感l5的输入端的两路导线与瞬态电压抑制管tvs2的两个引脚分别通过穿心电容c6和穿心电容c7连接；穿心电容c6和穿心电容c7通过滤波器内隔板上的孔与外壳接触；共模电感l5的输出端与共模电感l6的输入端连接；第四级限幅模块包含瞬态电压抑制管tvs4、瞬态电压抑制管tvs5和瞬态电压抑制管tvs6，瞬态电压抑制管tvs4、瞬态电压抑制管tvs5和瞬态电压抑制管tvs6首尾相连并与外壳连接形成通路，瞬态电压抑制管tvs5的两个引脚分别与共模电感l6输出端的两路导线连接。共模电感l5的电感值高于共模电感l6的电感值。

参照图3和图7，第四部分中，高频滤波模块包含穿心电容c8、穿心电容c9和共模电感l7，共模电感l7输入端的两路导线与态电压抑制管tvs5的两个引脚分别通过穿心电容c8和穿心电容c9连接；穿心电容c8和穿心电容c9通过滤波器内隔板上的孔与外壳接触；共模电感l7输出端的两路导线分别与输出线l和输出线n分别连接。

本分明多级强电磁脉冲防护电源滤波器的四个部分中，相邻两个部分由滤波器内隔板隔开，由穿心电容将隔板两侧的模块对应连接起来，形成良好的接地和电磁屏蔽。

第一部分连接时，首先将滤波器的输入线l和输入线n分别与压敏电阻mov2的两只引脚相连，其次将压敏电阻mov1、压敏电阻mov2和压敏电阻mov3首尾相连并与两侧外壳连接形成通路，将压敏电阻mov2的两个引脚与缓冲网络6输入端的两路导线连接；压敏电阻mov4、压敏电阻mov5和压敏电阻mov6首尾相连并与两侧外壳连接形成通路，将压敏电阻mov5的两个引脚与缓冲网络6输出端的两路导线连接，形成通路。两级限幅模块采用的压敏电阻型号不同，第一级限幅模块采用电压等级较高的压敏电阻，是为了迅速将强电磁脉冲削减为一个小的脉冲，通过缓冲网络6后，由第二级限幅模块电压等级较低的压敏电阻将小脉冲继续削减，经过前后两级电压等级不同的压敏电阻，能够有效抑制强电磁脉冲。缓冲网络采用滤波共模电感l1。

第二部分连接时，穿心电容c1、穿心电容c2通过第一滤波器内隔板2上的孔5与外壳1形成良好接触，穿心电容c1、穿心电容c2两端的引脚分别与第一部分中的压敏电阻mov5和共模电感l2连接形成通路，共模电感l2输出端的两路分别串联差模电感l3和差模电感l4，串接的地方两路线分别与外壳之间连接一个共模电容c3和共模电容c4，之后差模电感l3和差模电感l4闲置一端的两路线分别接上差模电容c5的两个引脚。第三级限幅模块中，将瞬态电压抑制管tvs1、瞬态电压抑制管tvs2和瞬态电压抑制管tvs3首尾相连并与两侧外壳连接形成通路，其次将瞬态电压抑制管tvs2的两个引脚分别与差模电容c5的两个引脚连接形成通路。其中共模电容c3和共模电容c4采用的是高频陶瓷电容，提升了电容的高频特性，电容两侧镀银，形成电容两极，电容组件内侧极板层要略短于外侧极板层，至少短2mm，为了模块串联时内部电气绝缘，达到耐压要求。

第三部分中，共模电感l5的电感值要高于共模电感l6的电感值，形成逐级滤波的结构，穿心电容c6和穿心电容c7通过第二滤波器内隔板3上的孔5与外壳1形成良好接触，穿心电容c6和穿心电容c7两端的引脚分别与第二部分中的瞬态电压抑制管tvs2和共模电感l5连接形成通路，共模电感l5与共模电感l6串联连接。第三级限幅模块中的瞬态电压抑制管tvs4、瞬态电压抑制管tvs5和瞬态电压抑制管tvs6首尾相连并与两侧外壳连接形成通路，其次将瞬态电压抑制管tvs5的两个引脚分别与共模电感l6闲置一端的两路线连接形成通路。

本发明中采用压敏电阻、瞬态电压抑制管、电感、电容等器件来构建多级滤波电路网络。第一级限幅模块采用通流能力强的脉冲抑制元件压敏电阻对强电磁脉冲进行初级限幅。缓冲模块采用的是镍锌铁氧体磁环绕制而成的共模电感。第二级限幅模块也采用压敏电阻对强电磁脉冲进行防护，与前级压敏电阻并联使用。低频滤波模块采用磁导率最高的纳米晶磁环绕制共模电感，配合电容和采用铁硅铝磁环绕制而成差模电感形成低频滤波网络。第三级限幅模块采用开断速度快的瞬态电压抑制管对快前沿脉冲进行有效抑制。中频滤波模块采用两种磁导率不同的锰锌铁氧体磁环绕制作为两个级联的共模电感，配合穿心电容形成中频滤波网络。第四级限幅模块采用开断速度快的瞬态电压抑制管对快前沿脉冲进行有效抑制。高频滤波模块采用磁导率很小的镍锌铁氧体磁环绕制共模电感，配合穿心电容形成高频滤波网络。滤波器内共模电容采用穿心电容和高频陶瓷电容，差模电容采用安规电容。滤波器内电感采用环形磁芯。滤波器由隔板分成4个部分，其中前两级限幅模块和缓冲模块在第一部分，低频滤波模块和第三级限幅模块在第二部分，中频滤波模块和第四级限幅模块在第三部分，高频滤波模块在第四部分。各部分之间通过穿心电容与隔板上的通孔配合相连形成级联。滤波器进出线通过橡胶圈与滤波器外壳上的通孔配合相连。滤波器进出线开孔朝向垂直。本发明通过对滤波器分仓，达到了良好电磁屏蔽的同时，在有限的空间内实现了有针对性的分级的超宽频带高性能滤波。本发明在第一部分强电磁脉冲防护中为提高通流量，限幅模块采用了两级压敏电阻并联的方式，为保证压敏电阻的有序开断及通流量与通流能力相配合，两级压敏电阻间加入电感缓冲网络，等效长传输线，延缓脉冲达到后级时间，为前级限幅器件的成功抑制创造条件，同时保证了最大通流量。本发明的低频滤波模块中在共模环后面加上了用铁硅铝磁环绕制的差模电感，使滤波器的差模性能可以在更宽频带内保持良好。第二部分中，在低频滤波模块内，共模电感l2、差模电感l3、共模电容c3和差模电容c5构成π型和l型滤波电路结构。本发明通过采用高频陶瓷电容，降低了电容高频寄生参数，提升了电容的高频特性，保证了滤波器在极宽的频带内工作可靠。滤波器采用环形磁芯作为电感可以最大程度增加电感值，通过改变尺寸及电感材料，可以分别实现低频电源和高频信号的有效滤波。本发明各个部分通过穿心电容与隔板上的通孔配合相连形成级联，通过电容的屏蔽滤波作用，防止滤波器入线端高频电磁辐射对后端滤波电路干扰，同时使每个分仓实现了良好的接地，解决了电磁兼容问题。本发明针对不同频段分别设计滤波网络，形成了分段滤波、逐级抑制、段间屏蔽的滤波器结构，使不同种类磁环的电感在不同频段下更好地发挥了作用，滤波器可以在150k-3g频带达到80db以上的插入损耗，实现了超宽频带的高插损滤波。本发明主要应用在对滤波效果要求极高的屏蔽室电源、信号线缆滤波器当中。滤波器进出线开孔朝向垂直，大大削弱了输入输出线之间的耦合效应，使滤波器具有更好的屏蔽性能和滤波效果。各滤波和限幅模块之间均采用环氧树脂固定封装。

本发明中的电感绕线采用圆形铜线或扁平铜线，采用单层密绕的方式绕在环形磁芯上。在本发明中采用的是圆形铜线，优选的，可以采用扁平铜线，扁平铜线相对于圆形铜线的优点是可以通过改变了线的形状，比一般的圆铜能多绕约3倍，从而提升了电感的电感量，增大了滤波模块的滤波频段，并且有利于更好的散热，另外采用单层密绕的方式减少了层数，减小了寄生电容，增加了散热面积，同样提高了产品的滤波性能。本发明中电容组件利用了穿心电容和高频陶瓷电容，在减小滤波器体积的同时获得优异的高频特性，实现了滤波器的模块化、小型化和性能最优化。

将四部分连接完成并接上滤波器进出线后，应及时灌胶来固定器件并加快滤波器的散热速度。

本发明主要的工作过程及原理：

按照上述说明及图示电路图连接完成后，将滤波器的进出线分别和用电设备及电源相连，此时本发明即可正常工作。

针对用电设备中的强电磁脉冲，本发明第一部分中的压敏电阻起主要的抑制作用，可以有效地衰减高幅值的电磁脉冲；针对用用电设备中存在的共模干扰，本发明第二、三和四部分中，由共模电感和共模电容构成的l型滤波网络起主要的抑制作用，可以有效地滤除l/n线对地的干扰；针对用电设备中存在的差模干扰，本发明第二、三和四部分中，由共模电感的漏电感、差模电感和差模电容构成的п型滤波网络起主要的抑制作用，能够有效地滤除l线与n线之间的干扰。针对不同的干扰，不同的模块发挥不同的功效，配合完成超宽频带的高性能滤波。

本发明充分利用了滤波器内部的结构空间，实现了有针对性的逐级滤波，思路清晰，结构完整。同时电容组件利用了穿心电容和高频陶瓷电容，在减小滤波器体积的同时获得优异的高频特性，实现了滤波器的模块化、小型化和性能最优化，具有良好的应用前景。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。