一种电磁脉冲滤波装置及其设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种滤波装置，尤其涉及一种电磁脉冲滤波装置及其设计方法。
【背景技术】
[0002] 防电磁脉冲主要有三项措施，即屏蔽、滤波和接地。往往单纯采用屏蔽与接地不 能提供完整的电磁脉冲防护，因为设备或系统上的电缆是最有效的电磁脉冲接收与发射天 线。尤其是对有外置天线的设备，和多台设备由电缆相连组成的系统来说，单纯的屏蔽与接 地无法达到防护要求。最有效的防护措施就是在线缆上串入滤波器，切断核电磁脉冲沿信 号线或电源线传播的路径，与屏蔽、接地共同构成完美的电磁脉冲防护。
[0003] 滤波是为了防止不希望的电磁振荡与设备相连的任何外部连线传播到设备，一般 由滤波器来完成。采用滤波技术是抑制NEMP、电磁脉冲防护的必要手段之一。特别是对抑 制经导线耦合到电路中的能量，它是一种广泛被采用的方法。
[0004] 电磁脉冲滤波装置是采用综合限幅器件与EMI滤波器组合技术，解决宽频段高能 量的电磁脉冲抑制问题。综合限幅器件必须能够经受输入瞬时高脉冲的冲击并进行限幅， 达到残压小于1000V的性能指标。EMI滤波器在相应工作频段范围内，能满足负载要求的衰 减特性，若单级滤波器衰减量不能满足要求时，则可采用多级联，可以获得比单级更高的衰 减，不同的滤波器级联，可以获得在宽频带内良好衰减特性，从而满足滤波器的插入损耗指 标。
[0005]综合限幅器件采用压敏电阻和气体放电管串联使用，并配以相应的保险丝设置过 流过温保护，达到抑制高脉冲的效果。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种电磁脉冲滤波装置，以实现对电磁脉冲滤波装置的电磁 脉冲防护。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电磁脉冲滤波装置，包括：电源滤波单 元，且该电源滤波单元的输入、输出端分别对地连接有相应电涌保护器。
[0008]进一步，所述电源滤波单元为多级联型式的低通组合网络；其中，
[0009]所述低通组合网络中电感线圈的电感量L公式为：
[0011] 式中：y为导磁率，N为电感匝数，Ae为磁芯的有效截面积，Le为磁路的有效磁路 长度；
[0012] 或L值在已知电感系数AL的情况下通过L = AL X N2求得所需电感量，式中AL为 电感系数。
[0013]进一步，设定电源滤波单元的截止频率为fen~10kHz_12kHz，以构建JT形低通网 络，并根据电感量L获得电容C。
[0014] 进一步，所述电源滤波单元包括：若干个并联的低通滤波器，且电源滤波单元的输 入端通过多选一模拟开关与各低通滤波器的输入端相连；所述多选一模拟开关的控制端与 处理器模块的控制端相连；以及所述处理器模块还与按键单元相连。
[0015] 进一步，所述各低通滤波器分别为相应多阶切比雪夫型低通滤波器。
[0016] 又一方面，本发明还提供了一种电磁脉冲滤波装置的设计方法，其中，所述电磁脉 冲滤波装置包括7阶切比雪夫型低通滤波器。
[0017] 所述7阶切比雪夫型低通滤波器的设计方法包括如下步骤：
[0018] 步骤S1，设定一基准滤波器；步骤S2,实现截止频率变换；以及步骤S3,实现特征 阻抗变换。
[0019] 所述步骤S2中实现截止频率变换的方法包括：先求出待设计滤波器的等起伏带 宽截止频率与基准滤波器的等起伏带宽截止频率的比值M，并用比值M去除基准滤波器的 电感L_和电容C _元件值，以获得截止频率变换后所得到的电感L' 和电容C' _ 元件值；即
[0023] 进一步，所述步骤S3中实现特征阻抗变换的方法包括：先求出待设计滤波器的特 征阻抗与基准滤波器特征阻抗滤波器的比值K，并把经过截止频率变换后所得到的滤波器 各电感元件值乘以K，及各电容元件值除以K，以得到待设计滤波器的各电感元件值L(NEW)和 电容元件值(：(_;即
[0027] 进一步，所述设计方法还包括：步骤S4,插入损耗测试，即通过插入损耗测试计算 出待设计滤波器的插入损耗值。
[0028] 本发明的有益效果是，（1)本发明的电磁脉冲滤波装置在电源滤波单元的输入端 并联SPDl模块，进行电磁脉冲防护；再经过电源滤波单元进行衰减；最后再并联SPD2模块 进行防护的级联形式。通过串并联使用，干扰能量逐级递减的方式，有效的抑制低频至高频 的传导干扰；(2)本发明的7阶切比雪夫型低通滤波器的设计方法满足了对7阶切比雪夫 型低通滤波器在截止频率为6kHz，特征阻抗为50 Q的性能要求。
【附图说明】
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0030] 图1是本发明的第一种实施方式的电磁脉冲滤波装置的电路图；
[0031] 图2是本发明的第二种实施方式的电磁脉冲滤波装置的电路图；
[0032] 图3是本发明的7阶切比雪夫型低通滤波器的电路图；
[0033] 图4是本发明的插入损耗测试的原理图一；
[0034] 图5是本发明的插入损耗测试的原理图二。
[0035] 图中：电涌保护器SPDUSPD2，
[0036]电容 C1、C2、C3、C4，
[0037]电感 L1、L2、L3。
【具体实施方式】
[0038] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以 示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0039] 实施例1
[0040] 如图1所示，本发明提供了一种电磁脉冲滤波装置，包括：电源滤波单元，且该电 源滤波单元的输入、输出端分别对地连接有相应电涌保护器。
[0041] 进一步，所述电源滤波单元为多级联型式的低通组合网络；其中，
[0042] 所述低通组合网络中电感线圈的电感量L公式为：
[0044] 式中：y为导磁率，N为电感匝数，Ae为磁芯的有效截面积，Le为磁路的有效磁路 长度；或L值在已知电感系数AL的情况下通过L = ALXN2求得所需电感量，式中AL为电 感系数。
[0045] 进一步，设定电源滤波单元的截止频率为fen~10kHz_12kHz，以构建JT形低通网 络，并根据电感量L获得电容C。
[0046] 具体的，电容C的公式为：
[0048] 在本实施例中，采用多级联型式的低通组合网络不仅能提高插入损耗，而且使得 多级联型式的低通组合网络的输入和输出电容取值可以相对较小，并且多级联型式的低通 组合网络呈现高的输入阻抗，满足与电源端的失配要求。
[0049] 进一步，所述电源滤波单元可以选一7阶切比雪夫型低通滤波器。
[0050] 实施例2
[0051] 如图2所示，在实施例1基础上，所述电磁脉冲滤波装置中的电源滤波单元还可以 包括：若干个并联的低通滤波器，且电源滤波单元的输入端通过多选一模拟开关与各低通 滤波器的输入端相连；所述多选一模拟开关的控制端与处理器模块的控制端相连；以及所 述处理器模块还与按键单元相连。
[0052] 可选的，所述各低通滤波器分别为相应多阶切比雪夫型低通滤波器，也可以为其 他类型的低通滤波器。其中，多阶切比雪夫型低通滤波器具体是指2阶、3阶……等切比雪 夫型低通滤波器（包括7阶切比雪夫型低通滤波器）。
[0053] 所述处理器模块