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開關電源的電磁干擾濾波器設計研究

作者: 時間:2009-07-08 來源:網絡 收藏

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本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/181355.htm

應用最為廣泛,但EMI最為嚴重。EMI主要來源:其一:在整流環(huán)節(jié)中,由于濾波電容器容量很大,整流管僅在交流電壓峰值附近導通,此時電容器流經較大的充電尖峰電流,產生了豐富的諧量分量;其二:由于變換器開關頻率在幾十KHZ至幾百KHZ之間,開關管電流含有豐富的諧波分量,而且是主要源。

由于開關電源EMI主要是傳導,采用來抑制是最主要的手段。EMI與一般信號完全不同,必須采取特殊方法。

本文采用完全有別于信號濾波器的設計方法,采用“三點頻率法”設計了雙級LC濾波器,濾波器效果令人滿意。

1 濾波器設計

雙級LC網絡插入開關電源電路中的位置如圖1所示。


圖1 LC網絡在開關電源電路中的位置


假定直流電源側為低阻抗電壓源Us,變換器輸入端為高阻抗電流源i(t)。那么LC濾波器只能選擇“ ?!毙徒Y構,最簡單的雙“ Γ”型LC網絡如圖2所示。其頻域傳遞函數(shù)為

圖2 雙級LC網絡


由于LC網絡諧振時,會產生很大的電流(電壓)峰值,這個網絡有3個頻率點的諧振峰值是必須限制,否則,會產生更大的EMI。限制這3個頻率點的峰值是設計這個濾波器的主要指導思想。這3個頻率點分別是:

由于LC網絡諧振時,會產生很大的電流(壓)峰值,這個網絡有3個頻率點的諧振峰值是必須限制,否則,會產生更大的EMI。限制這3個頻率點的峰值是設計這個濾波器的主要指導思想。這3個頻率點分別是:

第一級濾波器的諧振頻率:

第二級濾波器的諧振頻率:

第3個頻率點就是 變換器的開關頻率f。

下面具體討論濾波器設計方法,即選取LC 網絡中元件參數(shù)的方法。由上面3個式子,3個頻率點對應的傳遞函數(shù)的幅值分別為:

元件參數(shù)選取方法討論如下:

為了限制1 f 點的諧振峰值,要求插入衰減20logH1=20logC1/C2<0,即C1/C2<0。

根據(jù)經驗,它們的比值范圍為
C1/C2=0.1~0.5 (7)

為了限制f2點的諧振峰值,同理選取
L1/L2=0.1~0.5 (8)

為了限制f 點的諧振峰值,要求20logH3=-20~-150dB,即
H3=0.1~0.5 (9)

元件參數(shù)選取步驟歸納如下:

(1)由(7)~(9)式確定了比值,這樣只有二個參數(shù)是獨立的;

(2)由于濾波器負載側(開關電流i(t)側)諧波分量較大,C2應選一個大容量電容器;

(3)由(1)、(2)步結果代入(9)式,就可以確定另一個獨立參數(shù)。

由直流側電源Us確定電容器額定電壓值Uce≥2Us。

例如:若開關電源開關頻率f=50kHz,Us=24V,由上述參數(shù)選取原則,選取二組參數(shù)見表1。


表1 元件參數(shù)

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