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输入滤波器的简单设计

时间:2019-05-13 作者:Frederik Dostal 现场应用工程师,Analog Devices 公司 阅读:
所有作为开关模式电源的电源转换器都会引起干扰。这种干扰主要是由开关频率和开关转换的高频率引起的。在开关稳压器环境中,有三条干扰传输路径:辐射发射、以及开关稳压器输出侧和输入侧上的传导发射。
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所有作为开关模式电源的电源转换器都会引起干扰。这种干扰主要是由开关频率和开关转换的高频率引起的。在开关稳压器环境中,有三条干扰传输路径:辐射发射、以及开关稳压器输出侧和输入侧上的传导发射。7RmEETC-电子工程专辑

辐射发射在很大程度上取决于寄生元件,并可通过优化的电路板布局降低。有种高度创新的方法是采用 Analog Devices 的开关稳压器,可使辐射发射降低达 40 dB (即 10,000 倍),此类稳压器的运行依据是“silent switcher”原理。这里,脉冲输入电流是非常对称的,因此产生的电场在很大程度上相互抵消。7RmEETC-电子工程专辑

传导发射可借助滤波器来降低。然而,有几件事情是必需考虑的。不仅滤波器需要进行优化以降低特定频率范围内的噪声,而且它还影响着整个电源的稳定性。开关稳压器具有一定的输入阻抗 ZIN。它必须高于输入滤波器的输出阻抗 ZOF。图 1 的框图显示了这两种阻抗。7RmEETC-电子工程专辑

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图 1.使用一个输入滤波器来降低传导发射。7RmEETC-电子工程专辑

在滤波器设计中必须考虑这两种阻抗。为了简化设计工作,LTpowerCAD® 增加了一项新功能,LTpowerCAD 是 Analog Devices 提供的一款开关稳压器计算工具。LTpowerCAD 可从 Analog Devices 网站免费下载,近十年来一直被认为是一款实用的开关稳压器设计工具。该工具最新增添的功能是“滤波器设计”。与线路电压密切相关的关键共模噪声并不是非常依赖寄生效应,因此能够可靠地计算,并且计算结果可很好地反映实际情况。7RmEETC-电子工程专辑

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图 2 显示了采用 LTpowerCAD 完成的开关稳压器计算 (在输入侧上布设一个优化滤波器的情况下)。7RmEETC-电子工程专辑

如前文所述,不仅需要实现低于特定 EMI 规格等级的发射水平,而且,构成开关稳压器和滤波器的整体电路稳定性也很重要。为此,必须使图 1 所示的阻抗匹配。滤波器的输出阻抗 ZOF (阻抗输出滤波器) 必须低于滤波器的输入阻抗 ZIN (阻抗输入电源)。为确保这一点,LTpowerCAD 在图 3 所示的简图中提供了这种计算和表示。7RmEETC-电子工程专辑

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图 3.检查各自的阻抗 ZIN 和 ZOF 以避免发生振荡。7RmEETC-电子工程专辑

以前,有可用于开关稳压器设计的计算工具和仿真工具。还可以使用 LTpowerCAD 等计算工具来计算适当的滤波器,这种新方式非常适合最大限度降低开关模式电源中的传导发射。7RmEETC-电子工程专辑

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