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开关电源电磁兼容进级-EMI传导输入滤波器的设计理论


针对上面的问题:我们的第一想法是要插入滤波器设计;所以对开关电源系统传导的高效设计实际是我们插入滤波器的设计!

注意设计关键思路:在输入端加滤波器,滤波器阻抗应与电源阻抗失配,失配越厉害,实现的衰减越理想,得到的插入损耗特性就越好。也就是说,如果噪音源内阻是低阻抗的,则与之对接的EMI滤波器的输入阻抗应该是高阻抗(如电感量很大的串联电感);如果噪音源内阻是高阻抗的,则EMI滤波器的输入阻抗应该是低阻抗(如容量大的并联电容)。由于线路阻抗的不平衡性,两种分量在传输中会互相转变,情况也变得复杂。

对于<75W电子产品&设备的开关电源系统EMI滤波器的测试推荐如下结构:

输入滤波器的电路设计原理图

测试输入滤波电路能达到10dB设计裕量(采用模拟负载测试)

我们通用的工业及住宅类产品的EMI标准如下:

传导骚扰的测试频率范围为0.15~30MHz,限值要求如下表:

在0.15~1MHz的频率范围内,骚扰主要以差模的形式存在,在1~10MHz的频率范围内,骚扰的形式是差模和共模共存,在10MHz以上,骚扰的形式主要以共模为主。

进行机理分析:

差模骚扰的产生主要是由于开关管工作在开关状态,当开关管开通时,流过电源线的电流会逐渐上升,开关管关断时电流突变为零,因此,流过电源线的电流为高频的三角脉动电流,含有丰富的高频谐波分量,随着频率的升高,该谐波分量的幅度越来越小,因此差模骚扰随频率的升高而降低,共模则相反随着频率的升高器件体之间的分布电容变得越来越关键;小的共模电流都能产生大的电磁干扰。

滤波器的设计:通过上面的分析,了解产品的干扰特性和输入阻抗特性后,设计或者选择一个滤波器就变得简单了。如果使用一个现成的滤波器,可以调用过去积累的滤波器数据库,比对滤波器参数,找到一个合适的滤波器。如果没有合适的或者想专门设计一个专用滤波器,可以借助专用的滤波器设计软件。

我自己设计的公式计算软件的机理:

1.一般开关电源的噪声成分约为1~10MHZ间所以EMI滤波器要在1-10MHZ的插入损耗要尽量好。

2.滤波器的CM/DM滤波器谐振频率在10KHZ-50KHZ为好:注意小于开关频率;

3.理论上电感量越高对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

举例说明:我将一只20mH的电感进行频率-电感 & 频率-阻抗 分析;

频率-电感曲线FREQUENCY—INDUCTANCECURVE:

频率---阻抗曲线FREQUENCY—IMPEDANCE CURVE:

注意:

电感量愈高,则绕线匝数愈多,铁氧体磁芯ui越高,如此将造成低频阻抗增加(直流阻抗变大)。匝数增加使分布电容也随之增大,使高频电流全部经此电容流通。过高的ui使CORE极易饱和,根据我多年的设计经验对于铁氧体材料ui=10K是比较理想的。

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