技术博客
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传导EMI抑制-π型滤波器设计
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（di/dt）和电压突变(dv/dt)，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Buck电路的电流变化，在Buck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 1 Buck电路中的电流变化 图2为Buck上管电流的频域分析图。电磁干扰出现在基波及其谐波频率处。这个噪声是开关电源特性所致，它的产生是无法避免的。因此需要π型滤波器对此干扰进行抑制。 图 2 Buck上管电流的频域分析 2 π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网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Lf，滤波电容Cf和阻尼电容Cd组成。Cin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对电网的电磁干扰。 图 3 典型π型滤波器原理图 π型滤波器设计步骤如下。 1) 计算衰减倍数 在设计π型滤波器时，首先要确定衰减量Att|dBVV|_VnoiseVmax 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标准允许的最大dBuV噪声max，得到预估衰减量。 Att|dB=20(/(π2fsCINsinπD)/)Vmax 其中： • max是EMI标准允许的最大dBuV噪声； • IN是已有输入电容； • D是占空比；I是输出电流; • fa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。fCCCfaCINCINLf〖〗^) _=/_〖〖〗^(Att|dB/40/〗^CL/C/R。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Cd和ESRd来降低LC的Q值。图４展示了不同Cd值对应的增益曲线，从中可以看出增加Cd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。 图 4 LC滤波中电容Cd对Q值的影响 图 5 LC滤波中电容Cd的ESR取值对Q值的影响 对于d和d值按照以下公式进行取值： _≥4*CIN ESRd√(_/_) 阻尼电容d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，d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Cd有一定的ESR来避免输入产生振荡。 3 π型滤波器应用实列分析 图6所示是2138cn太阳集团古天乐SCT2450在车载导航产品上无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(fsw=850kHz)及其谐波频率处。由于传导EMI超标，需要使用π型滤波器进行优化。 图 6 无π型滤波器的传导测试结果 以下为π型滤波器计算步骤: 开关频率为850KHz，输入为12V，输出为5V,3A。输入电容为20uF。EN 55032在基波处的限制为45dBuV。已知量总结如下： D=41.67%，C Att|dB=90dBuV-45dBuV=45dBuV 2) 选择滤波电感Lf感值 为减少电感带来效率损耗，选取Lf=1.5uH。 3) 计算滤波电容Cf容值 _=_/(__(2πfs/10)2-1Cfb1Lf((10)|_)2πfs)2=4.15uF 选取f=4.7uF. 4) 计算衰减电容Cd容值 dIN=80uF; ESRd√(_/_)=0.273Ω 此处选用d=100uF，选用具有较大ESR的电解电容。 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40db的抑制效果。 图 7 π型滤波器增益曲线仿真 图8为使用上述参数的π型滤波器的实际测试结果。可以看出π型滤波器对传导干扰有明显的改善效果。 图 8 SCT2450 加π型滤波器后的传导测试结果 4 引用 1. SCT2450 数据手册
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