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电子产品&设备开关电源系统:EMI传导输入滤波器的设计理论

我们确定fcn的一般方法

电子产品&设备开关电源系统输入滤波器的截止频率fcn要根据电磁兼容性设计要求确定。对于骚扰源,要求将骚扰电平降低到规定的范围;对于接收器,其接收值体现在对噪声限值的要求上。对于一阶低通滤波器截止频率可推荐按下式确定:

骚扰源:fcn=kT×(系统中最低骚扰频率);

信号接收机:fcn=kR×(电磁环境中最低骚扰频率);

式中,kTkR根据电磁兼容性要求确定,一般情况下取1/31/5

举例说明如下:

A.电源噪声扼流圈或电源输出滤波器截止频率取fcn=30~50kHz,同时要求低于我们的开关电源的最大工作频率(当CLASS-A/B要求f=150KHz为测试起点时);

B.信号噪声滤波器截止频率取fcn=10MHZ~30MHz(对传输速率>100Mbps的信息技术设备)。

此外,对于输入电流有特殊波形的产品及设备,例如接有直接整流-电容滤波的电源EMI输入电路:没有功率因数校正(PFC)的开关电源和电子镇流器之类电器设备及产品,如果要滤除2~27/40次(9KHZ)电流谐波传导干扰,噪声扼流圈截止频率fcn可能取得更低一些。

其它标准要求的说明如下:

美国联邦通信委员会(FCC)规定电磁干扰起始频率为300kHz;

国际无线电干扰特别委员会(CISPR)规定为150kHz;

美国军标规定为10kHz。

设计要点:插入滤波器设计;

上图中如果不插入输入滤波器,我们很难通过EMI的传导限值要求!

在实际运用中如果没有插入输入EMI的低通滤波器;我们采用差模和共模分离器进行无滤波器系统的理论研究如下:我们的测试的差模和共模的限值情况如下:

分离的差模测试模拟曲线

分离的共模测试模拟曲线

而实际我们需要达到的测试效果如下:要求满足测试的CLASSA/B的限值要求:

通常实际测试要比限值低5-10dB的设计!实际值为蓝色实线的效果,虚线为我们的限值要求;

我们确定fcn的准确理论方法

根据曲线要求进行切线分割法来确定滤波器的截止频率值

对于一级低通滤波器截止频率可按下式确定:

骚扰源:fcn=kT×(系统中最低骚扰频率); CLASSA/B=150KHZ-30MHZ(标准)

接收机:fcn=kR×(电磁环境中最低骚扰频率); CLASSA/B=150KHZ-30MHZ

式中,kTkR根据电磁兼容性要求确定,一般情况下取1/31/5;并且小于开关电源的设计工作频率!

对于<75W 的FLY反激的开关电源系统设计;我在进行差模和共模无滤波器分离测试时得出的曲线进行ClassB的限值要求得出的衰减曲线进行切线分析时;fcn的切点正好差不多在150KHZ的1/3处;因此得出<75W 的FLY反激的开关电源设计 其截止频率在50KHZ 附近;因此我的设计建议对于<75W的FLY开关电源的差模&共模的截止频率推荐在10KHZ-50KHZ设计!

如果系统是Ⅱ类器具/结构- 无接地措施!

滤波器如何设计?参数如何选择?

答案是:设计方法相同;实际上就是上面的计算公式中的Y电容要被分布参数替换了。分布电容往往只有几PF到几十PF; 我直接推荐测试好的如下滤波器结构给大家参考;

理论上电感量越高(但该电感的分布电容也越大)对EMI抑制效果越好,但过高的电感将使截止频率更低,而实际的滤波器只能做到一定宽带,也就使高频噪声的抑制效果变差

(一般开关电源的噪声成分约为1~10MHZ间,但也有超过10MHZ之情形)。

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