昆明网站建设精英,东莞百度seo哪家好,哈尔滨住房和城乡建设厅网站,营销型网站的具体例子1 传导电磁干扰简介
在开关电源中#xff0c;开关管周期性的通断会产生周期性的电流突变#xff08;di/dt#xff09;和电压突变(dv/dt)#xff0c;周期性的电流变化和电压变化则会导致电磁干扰的产生。
图1所示为Buck电路的电流变化#xff0c;在Buck电路中上管电流和下…1 传导电磁干扰简介
在开关电源中开关管周期性的通断会产生周期性的电流突变di/dt和电压突变(dv/dt)周期性的电流变化和电压变化则会导致电磁干扰的产生。
图1所示为Buck电路的电流变化在Buck电路中上管电流和下管电流是突变的。这些突变电流导致了电磁干扰的产生。 图 1 Buck电路中的电流变化
图2为Buck上管电流的频域分析图。电磁干扰出现在基波及其谐波频率处。这个噪声是开关电源特性所致它的产生是无法避免的。因此需要π型滤波器对此干扰进行抑制。
图 2 Buck上管电流的频域分析
2 Π型滤波器设计原理
图3为典型传导EMI测试架构 DUT为待测设备。LISN主要用测试中来隔离电网可能导致的高频干扰从而使得EMI测量到DUT产生的真正EMI干扰。π型滤波器由滤波电感Lf滤波电容Cf和阻尼电容Cd组成。Cin是DCDC的输入电容。π型滤波器是用来过滤DUT产生的EMI以阻止DUT对电网的电磁干扰。 图 3 典型π型滤波器原理图
π型滤波器设计步骤如下
1) 计算衰减倍数
在设计π型滤波器时首先要确定衰减量|Att|_dB。如果已经测过没加π型滤波器的传导EMI只需用基波处最大干扰值Vnoise减去相应频率EMI标准允许的最大dBuV噪声Vmax即可。
|Att|_dBV_noise-V_max
如果未测过没加π型滤波器的传导EMI可以通过以下公式对衰减量进行估算。以下公式通过对开关电流进行傅里叶分解得到预估的基波干扰量然后再减去相应频率EMI标准允许的最大dBuV噪声Vmax得到预估衰减量。
|Att|_dB20log((I/(π^2fsC_IN)sinπD)/1uV)-V_max
其中
• Vmax是EMI标准允许的最大dBuV噪声
• CIN是已有输入电容
• D是占空比I是输出电流;
• fs是开关频率。
2) 选择滤波电感Lf感值
电感Lf取值通常在1uH到10uH之间。可以根据情况进行电感值的选取。如果用于大电流应用中可选取小电感来减小损耗。
3) 计算滤波电容Cf容值
电容Cfa值用于确保EMI滤波器的谐振频率至少低于十分之一开关频率。Cfb值用于确保EMI滤波器有足够的衰减量。选取Cfa和Cfb中更大的值作为滤波电容Cf容值。
C_faC_IN/(C_INL_f〖(2πfs/10)〗^2-1)
C_fb1/L_f(〖〖(10)〗(|Att|_dB/40)/2πfs)〗2
4) 计算阻尼电容Cd容值
滤波电感Lf和滤波电容Cf组成的LC滤波器对传导噪声进行有效的抑制。同时滤波电感Lf和输入电容CIN也组成了一个LC滤波电路。这个LC滤波电路的输出阻抗即π型滤波器在VIN点的阻抗必须足够小才能使π型滤波器不会明显影响开关电源的环路增益。LCR电路的Q值为L/C/R。要使π型滤波器对开关电源的环路增益尽可能小则需增加阻尼电容Cd和ESRd来降低LC的Q值。图展示了不同Cd值对应的增益曲线从中可以看出增加Cd可以使Q值减小。图5展示了不同ESR值对应的增益曲线从中可以看出ESR的增加可以使Q值减小。 图 4 LC滤波中电容Cd对Q值的影响 图 5 LC滤波中电容Cd的ESR取值对Q值的影响
对于Cd和ESRd值按照以下公式进行取值
C_d≥4*C_IN
〖ESR〗_d√(L_f/C_IN)
阻尼电容Cd一般建议使用有较大等效串联电阻ESR的电解电容。除上述原因之外Cd的ESR可避免DCDC输入产生振荡。DCDC在输入电压增加的时候输入电流是减小的因此可以等效为负阻抗电路。一个负阻抗电路与LC滤波器是十分容易振荡的因此需要Cd有一定的ESR来避免输入产生振荡。
3 Π型滤波器应用实列分析
图6所示是芯洲科技SCT2450在车载导航产品上无π型滤波器的传导测试结果, 传导干扰超标主要在开关频率(fsw850kHz)及其谐波频率处。由于传导EMI超标需要使用π型滤波器进行优化。 图 6 无π型滤波器的传导测试结果
以下为π型滤波器计算步骤:
开关频率为850KHz输入为12V输出为5V,3A。输入电容为20uF。EN 55032在基波处的限制为45dBuV。已知量总结如下
D41.67%fs850KHz,CIN20uF,I3A,Vmax45dBuV
1) 计算衰减倍数
由图6可知基波的干扰最大值为90dBuV。我们目标通过π型滤波器将干扰降为Vmax45dBuV。因此衰减倍数为
|Att|_dB90dBuV-45dBuV45dBuV
2) 选择滤波电感Lf感值
为减少电感带来效率损耗选取Lf1.5uH。
3) 计算滤波电容Cf容值
C_faC_IN/(C_INL_f〖(2πfs/10)〗^2-1)2.64uF
C_fb1/L_f(〖〖(10)〗(|Att|_dB/40)/2πfs)〗24.15uF
选取Cf4.7uF.
4) 计算衰减电容Cd容值
Cd≥4*CIN80uF;
〖ESR〗_d√(L_f/C_IN)0.273Ω
此处选用Cd100uF选用具有较大ESR的电解电容。
图7为使用上述参数的π型滤波器的仿真结果。可以看出在开关频率处π型滤波器对干扰信号有高于40db的抑制效果。 图 7 π型滤波器增益曲线仿真
图8为使用上述参数的π型滤波器的实际测试结果。可以看出π型滤波器对传导干扰有明显的改善效果。 图 8 SCT2450 加π型滤波器后的传导测试结果
参考原文《传导EMI抑制-Π型滤波器设计》
