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开关电源应用最为广泛,但EMI最为严重。开关电源EMI主要来源:其一:在整流环节中,由于滤波电容器容量很大,整流管仅在交流电压峰值附近导通,此时电容器流经较大的充电尖峰电流,产生了丰富的谐量分量;其二:由于DCDC变换器开关频率在几十KHZ至几百KHZ之间,开关管电流含有丰富的谐波分量,而且是开关电源主要电磁干扰源。由于开关电源EMI主要是传导干扰,采用滤波器来抑制是最主要的手段。EMI滤波器设计与一般信号滤波器设计完全不同,必须采取特殊设计方法。本文采用完全有别于信号滤波器的设计方法,采用“三点频率法”设计了双级LC滤波器,滤波器效果令人满意。1滤波器设计双级LC网络插入开关电源电路中的位置如图1所示。
图1LC网络在开关电源电路中的位置假定直流电源侧为低阻抗电压源Us,DCDC变换器输入端为高阻抗电流源it。那么LC滤波器只能选择“Γ”型结构,最简单的双“Γ”型LC网络如图2所示。其频域传递函数为
图2双级LC网络由于LC网络谐振时,会产生很大的电流(电压)峰值,这个网络有3个频率点的谐振峰值是必须限制,否则,会产生更大的EMI。限制这3个频率点的峰值是设计这个滤波器的主要指导思想。这3个频率点分别是:由于LC网络谐振时,会产生很大的电流(压)峰值,这个网络有3个频率点的谐振峰值是必须限制,否则,会产生更大的EMI。限制这3个频率点的峰值是设计这个滤波器的主要指导思想。这3个频率点分别是:
f第一级滤波器的谐振频率:
第二级滤波器的谐振频率:第3个频率点就是DCDC变换器的开关频率f。下面具体讨论滤波器设计方法,即选取LC网络中元件参数的方法。由上面3个式子,3个频率点对应的传递函数的幅值分别为:
元件参数选取方法讨论如下:为了限制1f点的谐振峰值,要求插入衰减20logH1=20logC1C2<0,即C1C2<0。根据经验,它们的比值范围为C1C2=01~05(7)
为了限制f2点的谐振峰值,同理选取L1L2=01~05(8)
为了限制f点的谐振峰值,要求20logH3=-20~-150dB,即H3=01~05(9)
元件参数选取步骤归纳如下:(1)由7~9式确定了比值,这样只有二个参数是独立的;(2)由于滤波器负载侧(开关电流it侧)谐波分量较大,C2应选一个大容量电容器;(3)由1、2步结果代入9式,就可以确定另一个独立参数。由直流侧电源Us确定电容器额定电压值Uce≥2Us。例如:若开关电源开关频率f=50kHz,Us=24V,由上述参数选取原则,选取二组参数见表1。
f2电流谐波幅值分析L1r
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