開關(guān)電源EMI輸入濾波器確定fcn的方法

今天內(nèi)訓(xùn)我在家用電器產(chǎn)品推薦了EMI濾波器典型參考的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)；在有接地系統(tǒng)的＜75W 的FLY的典型濾波器參考如下：（再詳細(xì)說明給美的設(shè)計(jì)師參考）

濾波器EMI－傳導(dǎo)的典型差模共模的等效設(shè)計(jì)圖如下：

A．如上圖共模的等效電路的fcn（諧振頻率）／截止頻率計(jì)算公式如下：

B．如上圖差模的等效電路的fcn（諧振頻率）／截止頻率計(jì)算公式如下：

CM／DM 雜訊衰減－ 濾波器截止頻率通過實(shí)踐數(shù)據(jù)為10KHZ－50KHZ ；其設(shè)計(jì)的濾波器能通用大部分的運(yùn)用設(shè)計(jì)！其參數(shù)理論計(jì)算數(shù)據(jù)如下：

我們確定fcn的一般方法

開關(guān)電源輸入濾波器的截止頻率fcn要根據(jù)電磁兼容性設(shè)計(jì)要求確定。對(duì)于騷擾源，要求將騷擾電平降低到規(guī)定的范圍，對(duì)于接收器，其接收值體現(xiàn)在對(duì)噪聲限值的要求上。對(duì)于一階低通濾波器截止頻率可推薦按下式確定：

騷擾源：fcn＝kT×（系統(tǒng)中最低騷擾頻率）；

信號(hào)接收機(jī)：fcn＝kR×（電磁環(huán)境中最低騷擾頻率）；

式中，kT、kR根據(jù)電磁兼容性要求確定，一般情況下取1／3或1／5。

舉例說明如下：

A．電源噪聲扼流圈或電源輸出濾波器截止頻率取fcn＝30～50kHz，同時(shí)要求低于我們的開關(guān)電源的最大工作頻率（當(dāng)CLASS－A／B要求f＝150KHz為測(cè)試起點(diǎn)時(shí)）；

B．信號(hào)噪聲濾波器截止頻率取fcn＝10MHZ～30MHz（對(duì)傳輸速率＞100Mbps的信息技術(shù)設(shè)備）。

此外，對(duì)于輸入電流有特殊波形的產(chǎn)品及設(shè)備，例如接有直接整流－電容濾波的電源EMI輸入電路：沒有功率因數(shù)校正（PFC）的開關(guān)電源和電子鎮(zhèn)流器之類電器設(shè)備及產(chǎn)品，如果要濾除2～27／40次（9KHZ）電流諧波傳導(dǎo)干擾，噪聲扼流圈截止頻率fcn可能取得更低一些。

其它標(biāo)準(zhǔn)要求的說明如下：

美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）規(guī)定電磁干擾起始頻率為300kHz；

國際無線電干擾特別委員會(huì)（CISPR）規(guī)定為150kHz；

美國軍標(biāo)規(guī)定為10kHz。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：插入濾波器設(shè)計(jì)。

上圖中如果不插入輸入濾波器，我們很難通過EMI的傳導(dǎo)限值要求。

在實(shí)際運(yùn)用中如果沒有插入輸入EMI的低通濾波器；我們采用差模和共模分離器進(jìn)行無濾波器系統(tǒng)的理論研究如下：我們的測(cè)試的差模和共模的限值情況如下：

而實(shí)際我們需要達(dá)到的測(cè)試效果如下：要求滿足測(cè)試的CLASSA／B的限值要求：

通常實(shí)際測(cè)試要比限值低5－10dB的設(shè)計(jì)！實(shí)際值為藍(lán)色實(shí)線的效果，虛線為我們的限值要求。

我們確定fcn的準(zhǔn)確理論方法。

根據(jù)曲線要求進(jìn)行切線分割法來確定濾波器的截止頻率值。

對(duì)于一級(jí)低通濾波器截止頻率可按下式確定：

騷擾源：fcn＝kT×（系統(tǒng)中最低騷擾頻率）； CLASSA／B＝150KHZ－30MHZ（標(biāo)準(zhǔn)）

接收機(jī)：fcn＝kR×（電磁環(huán)境中最低騷擾頻率）； CLASSA／B＝150KHZ－30MHZ

式中，kT、kR根據(jù)電磁兼容性要求確定，一般情況下取1／3或1／5；并且小于開關(guān)電源的設(shè)計(jì)工作頻率。

對(duì)于＜75W 的FLY反激的開關(guān)電源設(shè)計(jì)；我在進(jìn)行差模和共模無濾波器分離測(cè)試時(shí)得出的曲線進(jìn)行ClassB的限值要求得出的衰減曲線進(jìn)行切線分析時(shí)；fcn的切點(diǎn)正好差不多在150KHZ的1／3處；因此得出＜75W 的FLY反激的開關(guān)電源設(shè)計(jì) 其截止頻率在50KHZ 附近；因此我的設(shè)計(jì)建議對(duì)于＜75W的FLY開關(guān)電源的差模＆共模的截止頻率推薦在10KHZ－50KHZ設(shè)計(jì)。

因此對(duì)于＜75W的開關(guān)電源的濾波器的設(shè)計(jì)推薦我的實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行迭代設(shè)計(jì)。

請(qǐng)參考：《開關(guān)電源系統(tǒng)電磁兼容進(jìn)級(jí)設(shè)計(jì)與優(yōu)化》開關(guān)電源－傳導(dǎo)干擾進(jìn)行高效設(shè)計(jì)時(shí)，濾波器的設(shè)計(jì)是最快速的方法。

對(duì)于系統(tǒng)是Ⅱ類器具／結(jié)構(gòu)－ 無接地措施的產(chǎn)品的EMI濾波器我的推薦設(shè)計(jì)：

原理計(jì)算公式同接地有Y電容設(shè)計(jì)的計(jì)算方法相同：

注意：理論上電感量越高對(duì)EMI抑制效果越好，但過高的電感將使截止頻率更低，而實(shí)際的濾波器只能做到一定寬帶，也就使高頻噪聲的抑制效果變差。

（一般開關(guān)電源的噪聲成分約為1～10MHZ間，但也有超過10MHZ之情形）。

注意：

電感量愈高，則繞線匝數(shù)愈多，鐵氧體磁芯ui越高，如此將造成低頻阻抗增加（DCR變大）。匝數(shù)增加使分布電容也隨之增大，使高頻電流全部經(jīng)此電容流通。過高的ui使鐵芯極易飽和，根據(jù)我多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)于鐵氧體材料ui＝10K是比較理想的。

上述EMI共模濾波器推薦FT20．6 或者ET28；采用分區(qū)／槽繞（Sectional Winding）推薦設(shè)計(jì)電感在32mH 左右，如需規(guī)格－DS可以推薦給大家。