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電子發(fā)燒友網(wǎng)>電子資料下載>電子論文>射頻無線論文>大師教你優(yōu)化EMC濾波器  

大師教你優(yōu)化EMC濾波器  

2017-11-17 | rar | 0.4 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

幾乎所有的電氣設(shè)備中都會發(fā)現(xiàn)有開關(guān)電源的應(yīng)用。通常要求開關(guān)電源的效率應(yīng)盡可能高,空載下?lián)p耗應(yīng)控制在毫瓦范圍內(nèi)。與之相反的要求則是:產(chǎn)品的綜合成本應(yīng)盡可能低。鑒于符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能進(jìn)入市場,新技術(shù)的市場轉(zhuǎn)化時間越來越重要。
  EMC濾波器通常是產(chǎn)品優(yōu)化方案中的重要組成部分。正確的EMC濾波器拓?fù)淇梢怨?jié)省產(chǎn)品認(rèn)證和優(yōu)化電磁兼容性能的時間。此外,優(yōu)化的EMC 濾波器可以降低產(chǎn)品的成本和體積。
  下面列出的技術(shù)文章給出了能深入到EMC 濾波器設(shè)計領(lǐng)域的視角。我們將在這里說明為什么考慮濾波器元件的寄生參數(shù)是重要的,以及如何利用實用仿真方法加快設(shè)計進(jìn)程。
  一個產(chǎn)品的成功與否取決于它占領(lǐng)市場的速度。通常,產(chǎn)品認(rèn)證是一個耗時的環(huán)節(jié)。如果產(chǎn)品沒有通過認(rèn)證,可能需要重新設(shè)計整個產(chǎn)品,因而會增加開發(fā)成本;產(chǎn)品延期進(jìn)入市場也會造成更大的損失。
  仔細(xì)觀察電源的EMC 發(fā)射情況,可以發(fā)現(xiàn)電磁發(fā)射主要有兩種形式:傳導(dǎo)發(fā)射,其頻段一般在數(shù)kHz 到30MHz 之間;輻射發(fā)射,其頻段一般在30MHz 到數(shù)GHz。降低傳導(dǎo)發(fā)射通常使用EMC 電源濾波器。EMC 電源濾波器(即開關(guān)電源中的濾波器)可能會占整個產(chǎn)品的重要部分。而開發(fā)階段我們總是缺少時間,這成為開發(fā)階段的一種“正?!鼻闆r,甚至在產(chǎn)品市場開發(fā)之 前,要求完成樣品。
  由于缺乏時間,提出的解決方案可能不是最優(yōu)的。這必然導(dǎo)致濾波器的重新設(shè)計,產(chǎn)生不必要的成本——依據(jù)這種設(shè)計方法,產(chǎn)品的材料成本將高達(dá)整個產(chǎn)品價格的 15%。濾波器設(shè)計中經(jīng)常使用的技術(shù),是“試湊”的方法,也就是不停的更換濾波器元件,如電容和電感,將它們焊接在一起,直到測量的干擾在電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)限 制內(nèi)。使用這種方案,設(shè)計者通常也無法了解改變這些參數(shù)之后會有什么影響。
  使用這種方法,最后終可獲得一個解決方案,但它是我們所需要的最佳方案嗎?
  干擾類型:共模干擾或差模干擾
  要優(yōu)化EMC 濾波器設(shè)計,了解干擾的類型很重要。我們還應(yīng)該了解在某一頻段內(nèi)哪一種類型的干擾占主導(dǎo)地位。我們可以將傳導(dǎo)發(fā)射分為差模噪聲(DM) 和共模噪聲(CM)。差模噪聲通常在1MHz 以下的低頻段占主導(dǎo)地位。在開關(guān)電源中,差模噪聲主要源于直流母線電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)兩端的壓降。電壓降由紋波電流產(chǎn)生(例如有源功率因數(shù)校正 器產(chǎn)生的紋波電流)。共模干擾(CM) 通常在1MHz 到100MHz 之間占主導(dǎo)地位。在這個頻段范圍內(nèi),必須要考慮寄生參數(shù)和耦合路徑。噪聲類型對于EMC 濾波器的設(shè)計會產(chǎn)生重大影響。如果獲知了干擾類型、寄生參數(shù)和耦合路徑,我們就可以開始設(shè)計濾波器。
  電容性的電抗器和電感性的電容器
  為了抑制共模干擾和差模干擾,最常見的EMC濾波器結(jié)構(gòu)是LC 型拓?fù)洹U_選擇電感非常重要。須考慮的要點(diǎn)之一就是共模電感(共模扼流圈)的頻率特性。下面我們來設(shè)計一個LC 型濾波器。圖1 給出了它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
  大師教你優(yōu)化EMC濾波器  
  圖1 LC型濾波器
  圖中的電容Cy 是Y 形聯(lián)接的電容。這個電容形成一個返回至共模噪聲源( 開關(guān)電源的功率開關(guān)管對地) 的低阻抗路徑。L-CMM 是共模電感,共模電感構(gòu)建了共模電流的高阻抗回路。Cx 是跨接直流電源線的電容,它與共模電感的漏感一起形成一個差模LC濾波器,用于抑制差模噪聲。接下來的設(shè)計中,我們總是基于圖1 所示的基本原理圖來進(jìn)行討論。
  圖2 給出了一個10mH 共模電感的阻抗特性曲線,其中藍(lán)色曲線表示10mH 電感的理想特性,紅色則表示實際特性,諧振頻率在200kHz。高于這個頻率時共模電感就表現(xiàn)為電容特性!我們還可發(fā)現(xiàn),共模電感漏感的諧振頻率在 20MHz。如果我們確信1MHz 以上時是共模噪聲起主要作用,我們就應(yīng)該考慮電感的頻率特性。
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  圖2 10mH共模電感的阻抗特性
 
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