EMI滤波器设计原理
(a)典型反激式开关电源
(b)共模噪声源等效电路
(c)差模噪声源等效电路
图4 典型反激式开关电源及其噪声源等效电路
图5 电源输入端电压、电流波形
在前述设计过程中,EMI滤波器元件(电感、电容)均被看作是理想的。然而由于实际元件存在寄生参数,比如电容的寄生电感,电感间的寄生电容,以及PCB板布线存在的寄生参数,实际的高频特性往往与理想元件仿真有较大的差异。这涉及到EMC高频建模等诸多问题,模型的参数往往较难确定,所以,本文仅考虑EMI滤波器的低频抑制特性,而高频建模可参看文献[8]等。故ZS及ZP取值与这些寄生电容、电感以及整流桥等效电容等寄生参数有关,直接采用根据电路拓扑及参数建模的方案求解源阻抗难以实现,因而,在设计中往往采用实际测量Zsource。2.2 实际设计步骤
EMI滤波器设计往往要求在实现抑制噪声的同时,自身体积要尽可能小,成本要尽可能低廉。同时,滤波效果也取决于实际的噪声水平的高低,分析共模和差模噪声的干扰权重,为此,在设计前要求确定以下参量,以实现设计的优化。
1)测量干扰源等效阻抗Zsource和电网等效阻抗。实际过程中往往是依靠理论和经验的指导,先作出电源的PCB板,这是因为共模、差模的噪声源和干扰途径互不相同,电路板走线的微小差异都可能导致很大EME变化。
2)测量出未加滤波器前的干扰噪声频谱,并利用噪声分离器将共模噪声VMEASUREE,CM和差模噪声Vmeasure,CM分离,做出相应的干扰频谱。
接着就可以进行实际的设计了,仍以本文中提出的滤波器模型为例,步骤如下。
(1)依照式(9)计算滤波器所需要的共模、差模衰减,并做出曲线Vmeasure,CM-f和Vmeasure,DM-f,其中Vmeasure,CM和Vmeasure,DM已经测得,Vstandard,CM和Vstandard,DM可参照传导EMI干扰国标设定。加上3dB的原因在于用噪音分离器的测量值比实际值要大3dB。
(Vreq,CM)dB=(Vmeasure,CM)-(Vstandard,CM)+3dB
(Vreq,DM)dB=(Vmeasure,DM)-(Vstandard,DM)+3dB(9)
(2)由图3可知,斜率分别为40dB/dec和60dB/dec的两条斜线与频率轴的交点即为fR,CM和fR,DM。作Vmeasure,CM-f和Vmeasure,DM-f的切线,切线斜率分别为40dB/dec和60dB/dec,比较可知,只要测量他们与频率轴的交点,即可得出fR,CM和fR,DM,图6所示为其示意图。
(a)实线为共模目标衰减;虚线为斜率为40dB/dec切线
(b)实线为差模目标衰减;虚线为斜率为60dB/dec切线
图6 fR,DM与fR,CM的确定
(3)滤波器元件参数设计
——共模参数的选取 Cy
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