按下按鈕即可實(shí)現(xiàn)EMC濾波器設(shè)計(jì)

電磁兼容性 (EMC) 合規(guī)性通常是電子設(shè)備在開發(fā)過程中必須克服的最后一道障礙。在此過程中需要進(jìn)行特定于電路和特定于布局的更改并不罕見。這些會(huì)延長產(chǎn)品開發(fā)周期并增加成本。出于這個(gè)原因，Würth Elektronik 現(xiàn)在提供新的 EMI 濾波器設(shè)計(jì)器作為其 REDEXPERT 工具系列的一部分，可用于設(shè)計(jì)用于傳導(dǎo)差模干擾信號(hào)的 EMC 濾波器。

一個(gè)典型的應(yīng)用是 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器，尤其是開關(guān)穩(wěn)壓器，它會(huì)產(chǎn)生大量干擾。同樣，可以計(jì)算用于衰減其他應(yīng)用中的寬帶干擾的濾波器。濾波器電路的目標(biāo)是在選定的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)定義的插入損耗。這是通過負(fù)載和源之間最大可能的不匹配通過所需頻率范圍內(nèi)的高阻抗來實(shí)現(xiàn)的。這里，插入損耗（等式 1 中的 a）定義為不帶濾波器的電壓與帶濾波器的相同電路的比值。對(duì)于二階 LC 濾波器，公式 2 適用于截止頻率 (fc)。

但是，等式 2 假設(shè)了理想組件。電感不考慮繞組電阻或繞組之間的電容，而電容器則考慮等效串聯(lián)電阻（ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL）等。

REDEXPERT EMI 濾波器設(shè)計(jì)器

REDEXPERT EMI Filter Designer 在高達(dá) 30 MHz 的頻率范圍內(nèi)考慮了這些寄生元素，因此仿真更準(zhǔn)確地反映了組件的真實(shí)電氣行為和高達(dá)四階的濾波器特性。

EMI 濾波器設(shè)計(jì)器根據(jù)輸入變量的工作電壓、電流、負(fù)載/線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)和干擾源阻抗、截止頻率和定義頻率下的衰減來確定最合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

共有六種拓?fù)淇捎糜趶亩A到四階的濾波器：LC、CL、Pi (CLC)、T (LCL)、LC-LC 和 CL-CL。

選擇拓?fù)浜?，軟件?jì)算分立元件值并模擬濾波器的增益、輸入阻抗和輸出阻抗的頻率響應(yīng)。總結(jié)再次顯示了輸入值、電路、具有排序功能的 BOM 以及模擬的頻率響應(yīng)。元件值的計(jì)算和隨后的自動(dòng)選擇基于具有相應(yīng)極點(diǎn)位置的巴特沃斯特性。

REDEXPERT EMI 濾波器設(shè)計(jì)器的實(shí)際示例

REDEXPERT EMI Filter Designer 是www.we-online.com/filter-designer上的在線工具，適用于為 AC/DC 或 DC/DC 轉(zhuǎn)換器等設(shè)計(jì)輸入或輸出濾波器。 DC 轉(zhuǎn)換器如圖 1 所示。濾波器工具的主要目標(biāo)是通過實(shí)現(xiàn)最大阻抗失配，為定義的輸入參數(shù)計(jì)算干凈的信號(hào)衰減。

圖 1：DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器，此處為 CL 拓?fù)?/p>

用于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的非對(duì)稱輸入濾波器

一個(gè)好的濾波器設(shè)計(jì)需要盡可能準(zhǔn)確的輸入規(guī)格。實(shí)際上，DC/DC轉(zhuǎn)換器在輸入側(cè)有一個(gè)與輸入阻抗并聯(lián)的大容量電容，因此通常將ESR作為輸入阻抗。ESR 值通常在 0.1 Ω 到 1 Ω 的范圍內(nèi)。

例如，如果我們使用 Würth Elektronik 的 WCAP-AS5H 865230557007 作為大容量電容器，則 ESR 值為 100 mΩ。如果我們現(xiàn)在想要實(shí)現(xiàn)在 350 kHz 時(shí)衰減為 35 dB 的濾波器特性，該工具推薦使用 CL 電路（圖 2），并將組件的值確定為 C1 = 47.0 μF 和 L1 = 240 nH。圖 3 還顯示了衰減、輸入阻抗和輸出阻抗的頻率響應(yīng)。

圖 2：用于輸入濾波器參數(shù)的 REDEXPERT EMI 濾波器設(shè)計(jì)器的起始頁，然后是合適濾波器拓?fù)涞慕ㄗh

圖 3：濾波器元件的選擇和衰減、輸入阻抗和輸出阻抗的頻率響應(yīng)

DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出濾波器

由于當(dāng)今 DC/DC 轉(zhuǎn)換器通常使用高開關(guān)頻率，因此需要輸出濾波器來降低高頻噪聲和紋波。例如，輸出電壓在 1 MHz 時(shí)可能具有 50 mV 的紋波分量，需要將其降低到 15 mV。根據(jù)公式 3 獲得所需的衰減 (a )，以分貝為單位。

使用輸入?yún)?shù)“衰減 11 dB”和“頻率 1 MHz”以及選擇輸出濾波器作為輸入?yún)?shù)“負(fù)載阻抗 = 50 Ω/噪聲源阻抗 = 0.1 Ω”的 LC 組合，該工具現(xiàn)在建議使用L1 = 55 nH 和 C1 = 4.7 μF 的 LC 拓?fù)?。關(guān)于拓?fù)?，需要注意的是，噪聲源始終在指定濾波器的右側(cè)，負(fù)載在左側(cè)（圖 1）；即，濾波器必須集成在相應(yīng)的電路中，使得電感直接位于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器處，而電容器與負(fù)載并聯(lián)。

　　審核編輯：湯梓紅