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高可靠螺纹式馈通滤波器国产化替代

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1 引言

随着电子设备向高频化、高密度集成方向发展,电磁兼容(EMC)问题日益突出。电源线上的传导干扰、信号与数据线上的高频噪声若得不到有效抑制,将导致设备功能降级、通信误码,甚至无法通过相关 EMC 测试。馈通(穿心)滤波器凭借三端同轴结构,在很宽的频率范围内具有优异的插入损耗,是面板穿舱安装场合进行 EMI 滤波的首选元件。

长期以来,高可靠螺纹式馈通滤波器市场以 Knowles(Syfer)等进口品牌为主,存在供货周期长、采购成本高、定制响应慢等问题。成都容瓷电子科技有限公司依托多年陶瓷电容与 EMI 滤波器研发制造经验,推出 RC/LC10060X200V105M2810 树脂密封螺装穿心滤波器,可原位替代 Knowles SFJNC2000105MX。

2 产品概述

RC/LC10060X200V105M2810 为 C 型(单电容)螺纹式馈通滤波器,内部采用 CT52-Φ9.0-1.0-200V-105M 盘式多层陶瓷电容,以环氧树脂密封,通过螺纹结构直接固定于设备面板或屏蔽体上。

产品工作温度范围为 -55 ℃~+125 ℃,额定电压 200 Vdc,标称容量 1 μF,容量精度 ±20%(M)。其 360° 环形接地安装结构接地阻抗极低,配合同轴结构极低的等效串联电感(ESL ≤ 1 nH),在数 MHz 至 GHz 频段滤波特性优异,可广泛用于电子设备 EMI 抑制;具有体积小、重量轻、安装方便、滤波特性好等特点,螺纹安装、无需焊接,尤其适用于需频繁拆卸或面板固定的场合。主要技术参数见表 1。

表 1  RC/LC10060X200V105M2810 主要技术参数

项目 参数
产品型号 RC/LC10060X200V105M2810
电路形式 C 型(单电容)
内部器件 CT52-Φ9.0-1.0-200V-105M 盘式多层陶瓷电容
介质材料 X7R
内电极材料 钯银(Pd-Ag)
额定电压 200 Vdc
标称容量 1 μF
容量精度 ±20%(M)
等效串联电感 ESL ≤ 1 nH
工作温度 -55 ℃~+125 ℃
密封形式 环氧树脂密封
安装方式 螺纹安装(10060 规格,M6 螺纹)
针长/针径 28 mm / 1.0 mm

3 特点

3.1 极低接地阻抗与 360° 接地

普通两端电容通过引线或焊点接地,接地回路电感大、高频接地阻抗高。本产品通过金属壳体与安装面板之间的 360° 环形接触实现接地,搭接面积大、接触电阻小,避免了接地引线引入的串联电感,使高频噪声能够就近泄放至机壳。

3.2 极低 ESL 与高频滤波

普通两端陶瓷电容高频时阻抗由 ESL 主导,在自谐振点后呈感性上升,滤波能力迅速劣化。本产品采用同轴穿心结构:穿心电流在中心导体上呈对称分布,盘式电容的分流回路极短,且同轴结构使电磁场在径向闭合、有效抵消,从而获得 ESL ≤ 1 nH 的极低等效串联电感,自谐振频率高,在 MHz 乃至 GHz 频段仍保持低阻抗和高插入损耗。

在 50 Ω 源/负载测试系统中,C 型滤波器的插入损耗近似为 IL = 20lg|1 + R/(2Zc)|,其中 R = 50 Ω、Zc 为电容支路阻抗。可见电容支路阻抗越低、高频 ESL 越小,插入损耗越大;360° 接地与同轴低 ESL 结构正是保证其高频滤波性能的关键。

4 核心器件:CT52 盘式多层陶瓷电容(完全自主自产)

本产品内部采用 CT52-Φ9.0-1.0-200V-105M 盘式多层陶瓷电容,其性能与可靠性直接决定整只滤波器的水平。

4.1 高可靠性

电极材料:采用钯银(Pd-Ag)贵金属内电极,化学稳定性好、抗氧化能力强、与介质结合可靠,可承受长期高温与温度冲击,降低贱金属电极在恶劣环境下的退化风险。

介质材料:采用 X7R 介质(-55 ℃~+125 ℃,容量变化不超过 ±15%),兼具较高介电常数与良好温度稳定性,不使用 Z5U/Y5V 等温度特性较差的介质。

批次可靠性验证:每批产品均进行温度冲击(温冲)试验和高温寿命试验,验证封接、电极及介质在极端温度循环与长期带电条件下的可靠性,确保批产一致性。

4.2 大容量

采用多层陶瓷结构,通过多层电极并联,在有限体积内获得更高电容量(本产品为 1 μF)。容量越大,对低频段干扰的起始抑制频率越低,滤波带宽越宽。

4.3 同轴低 ESL

盘式电容围绕中心导体同轴布置,分流回路短、结构对称,等效串联电感 ESL ≤ 1 nH,为整只滤波器的高频特性提供保证。

5 电性能特性

5.1 阻抗特性

RC EMI 滤波系列典型阻抗-频率特性见文末附图 1:低频段阻抗随频率升高呈容性下降,在自谐振点附近阻抗达到最低(毫欧级),高频段受残余电感影响呈感性上升。得益于同轴结构与极低 ESL,本产品自谐振点高、高频低阻抗窗口宽。

5.2 C 型滤波器插入损耗曲线族

C 型滤波器插入损耗曲线见文末附图 2:容量越大,起始衰减频率越低、低频段衰减越大;1 μF(105)规格的特性介于 330 nF 与 3.3 μF 之间,在数百 kHz 至数 GHz 范围内均能提供充分衰减。

6 典型应用

电子设备、仪器仪表的电源与信号端口滤波;

电台及通信设施穿舱、面板馈通部位的 EMI 抑制;

信号、数据线滤波,抑制高频串扰与辐射;

直流电源线滤波,滤除开关噪声与传导干扰。

7 国产化替代方案

7.1 与 Knowles SFJNC2000105MX 对照

RC/LC10060X200V105M2810 与 Knowles(Syfer)SFJNC2000105MX 同属树脂密封螺纹面板安装 C 型馈通滤波器,电路形式、介质、额定电压、容量、精度及温度范围一致,安装尺寸兼容,可实现原位替代。主要参数对照见表 2。

表 2  与 Knowles SFJNC2000105MX 参数对照

项目 Knowles SFJNC2000105MX 容瓷 RC/LC10060X200V105M2810
电路形式 C section(C 型) C 型
介质材料 X7R X7R
额定电压 200 Vdc 200 Vdc
标称容量 1 μF 1 μF
容量精度 ±20%(M) ±20%(M)
工作温度 -55 ℃~+125 ℃ -55 ℃~+125 ℃
密封形式 树脂密封 树脂密封
安装方式 螺纹面板安装(M6×0.75) 螺纹面板安装(10060,M6×1 规格)
内电极 多层陶瓷(Syfer 工艺) 钯银(Pd-Ag)
可靠性验证 按厂家规范 批批温冲 + 高温寿命
供货渠道 进口 国产自主

7.2 替代优势

性能等效:关键电气参数与插入损耗指标等效,满足整机 EMI 抑制要求;

原位安装:螺纹规格、头部尺寸、针长针径兼容,可直接替换;

自主可控:自主设计、自主生产,供应链稳定;

交期与服务:国产交付周期短、响应快,可按客户需求定制针长、针径及容量。

注:正式替代前建议结合整机实际安装与 EMC 测试进行确认,具体以双方规格书为准。

8 可靠性保障与供货

成都容瓷电子建立了从瓷料、电极、流膜、叠层到封接、测试的完整质量控制流程;产品出厂前进行外观、容量、耐压、绝缘电阻、插入损耗等检验,并按批次实施温冲、高温寿命等可靠性试验,保障高可靠交付。

8.1 使用注意事项

1、严禁硬物敲击器件本体,禁止超过 0.6 N・m 扭力拧紧,过大扭力会造成内部陶瓷产生微裂纹,引发潜在失效;

2、器件长期工作环境请勿持续超过 + 125℃,高温会加速介质老化;

3、导针焊接建议恒温电烙铁或回流焊,焊接温度≤300℃,焊接时间≤3 s,避免热冲击损伤内部陶瓷;

9 结语

RC/LC10060X200V105M2810 树脂密封螺装穿心滤波器以 360° 接地、极低 ESL 及钯银电极 X7R 盘式多层陶瓷电容为核心,在宽频范围内提供优异的 EMI 滤波性能,并可原位替代 Knowles SFJNC2000105MX,为电子设备、仪器仪表与通信设施的高可靠滤波提供国产化选择。

成都容瓷电子科技有限公司

Chengdu Rongci Electronic Technology Co., Ltd.

附:参考曲线(图片仅供参考)

附图 1  RC EMI 滤波系列典型阻抗-频率特性(仅供参考)

附图 2  C 型滤波器插入损耗曲线(仅供参考)

注:以上曲线及图片为引用数据,仅作参考,实际性能以双方规格书及实测为准。

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