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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（）和电压突变()，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B电路的电流变化，在B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1B电路中的电流变化
图2B上管电流的频域分析
2π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L，滤波电容C和阻尼电容C组成。C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对电的电磁干扰。
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图3典型π型滤波器原理图
π型滤波器设计步骤如下:
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1)计算衰减倍数
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在设计π型滤波器时，首先要确定衰减量|A|_B。如果已经测过没加π型滤波器的传导EMI，只需用基波处比较大干扰值V减去相应频率EMI标准允许的比较大BV噪声V即可。
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|A|_B=V_-V_
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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标准允许的比较大BV噪声V，得到预估衰减量。
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|A|_B=20?((I(π^2C_IN)?πD)1V)-V_
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其中：
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?V是EMI标准允许的比较大BV噪声；
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?CIN是已有输入电容；
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?D是占空比；I是输出电流;
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?是开关频率。
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2)选择滤波电感L感值
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电感L取值通常在1H到10H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。
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3)计算滤波电容C容值
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电容C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。C值用于确保EMI滤波器有足够的衰减量。选取C和C中更大的值作为滤波电容C容值。
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C_=C_IN(C_INL_〖(2π10)〗^2-1)
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C_=1L_(〖〖(10)〗^(|A|_B40)2π)〗^2
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4)计算阻尼电容C容值
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滤波电感L和滤波电容C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L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LCR。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C和ESR来降低LC的Q值。图４展示了不同C值对应的增益曲线，从中可以看出增加C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。
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图4LC滤波中电容C对Q值的影响
图5LC滤波中电容C的ESR取值对Q值的影响
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对于C和ESR值按照以下公式进行取值：
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C_≥4*C_IN
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〖ESR〗_=√(L_C_IN)
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阻尼电容C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，C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C有一定的ESR来避免输入产生振荡。
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3π型滤波器应用列分析
图6所示是芯洲科技SCT2450在车载导航产品上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(<="-:;-:2125;-:;"=850H)及其谐波频率处。由于
传导EMI超标，需要使用π型滤波器进行化。
图6π型滤波器的传导测试结果
以下为π型滤波器计算步骤:
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开关频率为850KH，输入为12V，输出为5V,3A。输入电容为20F。EN55032在基波处的限制为45BV。已知量总结如下：
D=4167%，=850KH,CIN=20F,I=3A,V=45BV
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1)计算衰减倍数
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由图6可知基波的干扰比较大值为90BV。我们目标通过π型滤波器将干扰降为V=45BV。因此衰减倍数为：
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|A|_B=90BV-45BV=45BV
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2)选择滤波电感L感值
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为减少电感带来效率损耗，选取L=15H。
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3)计算滤波电容C容值
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C_=C_IN(C_INL_〖(2π10)〗^2-1)=264F
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C_=1L_(〖〖(10)〗^(|A|_B40)2π)〗^2=415F
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选取C=47F
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4)计算衰减电容C容值
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C≥4*CIN=80F;
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〖ESR〗_=√(L_C_IN)=0273Ω
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此处选用C=100F，选用具有较大ESR的电解电容。
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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40的抑制效果。
图7π型滤波器增益曲线仿真
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图8为使用上述参数的π型滤波器的际测试结果。可以看出π型滤波器对传导干扰有明显的改善效果。
图8SCT2450加π型滤波器后的传导测试结果
4引用
详情请参考：SCT2450STER
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发表于 2024-3-23 10:18:25
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