直流电机伺服驱动开关电源的EMI滤波器设计

电磁干扰滤波器(EMI Filter)是近年来被推广应用的一种新型组合器件。它能有效地抑制电网噪声，提高伺服系统和电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性，可广泛用于电子测量仪器、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。本文介绍的就是一种直流电机伺服驱动开关电源的EMI滤波器设计。

滤波器设计

根据直流电机伺服驱动开关电源系统的特点，本设计中的EMI滤波器采用双级LC网络设计，双级LC网络插入开关电源电路中的位置如图1所示。

假定直流电源侧为低阻抗电压源US，DC／DC变换器输入端为高阻抗电流源i(t)。那么LC滤波器只能选择“Γ”型结构，最简单的双“Γ”型LC网络如图2所示。其频域传递函数为：

由于LC网络谐振时，会产生很大的电流(电压)峰值，这个网络有3个频率点的谐振峰值是必须限制，否则，会产生更大的EMI。限制这3个频率点的峰值是设计这个滤波器的主要指导思想。这3个频率点分别是：

由于LC网络谐振时，会产生很大的电流(压)峰值，这个网络有3个频率点的谐振峰值是必须限制，否则，会产生更大的EMI。限制这3个频率点的峰值是设计这个滤波器的主要指导思想。这3个频率点分别是：

第一级滤波器的谐振频率：

第二级滤波器的谐振频率:

第3个频率点就是DC／DC变换器的开关频率f。

下面具体讨论滤波器设计方法，即选取LC网络中元件参数的方法：

由上面3个式子，3个频率点对应的传递函数的幅值分别为：

元件参数选取方法讨论如下：

为了限箭f1点的谐振峰值，要求插入衰减

zollogH1=zologC1／C2＜0，即C1

元件参数选取步骤归纳如下：

(1) 由(7)～(9)式确定了比值，这样只有二个参数是独立的；

(2) 由于滤波器负载侧(开关电流i(t)侧)谐波分量较大，C2应选一个大容量电容器。

(3) 由(1)、(2)步结果代入(9)式，就可以确定另一个独立参数。

(4) 由直流侧电源Us确定电容器额定电压值Uce≥2Us。

例如：若开关电源开关频率f=50kHz，Us=24V，由上述参数选取原则，选取二组参数见表1。

EMI滤波器的技术参数及测试方法

主要技术参数

EMI滤波器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、漏电流、测试电压、绝缘电阻、直流电阻、使用温度范围、工作温升Tr、插入损耗AdB、外形尺寸、重量等。上述参数中最重要的是插入损耗(亦称插入衰减)，它是评价电磁干扰滤波器性能优劣的主要指标。

插入损耗(AdB)是频率的函数，用dB表示。设电磁干扰滤波器插入前后传输到负载上的噪声功率分别为P1、P2，有公式：

AdB=101g(P1／P2) (10)

假定负载阻抗在插入前后始终保持不变，则P1=V12／Z，P2=V22／Z。式中V1是噪声源直接加到负载上的电压，V2是在噪声源与负载之间插入电磁干扰滤波器后负载上的噪声电压，且V1

AdB=201g(V1／V2) (11)

插入损耗的测量方法

插入损耗用分贝(dB)表示，分贝值愈大，说明抑制噪声干扰的能力愈强。测量插入损耗的电路如图3所示。US是噪声信号发生器，Zi是信号源的内部阻抗，ZL是负载阻抗，一般取50Ω。噪声频率范围可选10kHZ～30MHz。首先要在不同频率下分别测出插入前后负载上的噪声压降V1、V2，再代入(11)式中计算出每个频率点的AdB值，最后绘出插入损耗曲线。

结语

实验结果表明本文设计的LC双级滤波器具有滤波效果好、结构简单、价格便宜、实用性强等特点。