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科普知識
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工業濾波器

開關電源EMI輸入濾波器快速設計法確定fcn的方法

發布日期:2022-10-09 點擊率:78

今天內訓我在家用電器產品推薦了EMI濾波器典型參考的關鍵參數設計;在有接地系統的<75W 的FLY的典型濾波器參考如下:(再詳細說明給美的設計師參考)

濾波器EMI-傳導的典型差模共模的等效設計圖如下:

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)/截止頻率計算公式如下:

CM/DM 雜訊衰減- 濾波器截止頻率通過實踐數據為10KHZ-50KHZ ;其設計的濾波器能通用大部分的運用設計!其參數理論計算數據如下:

我們確定fcn的一般方法

開關電源輸入濾波器的截止頻率fcn要根據電磁兼容性設計要求確定。對于騷擾源,要求將騷擾電平降低到規定的范圍,對于接收器,其接收值體現在對噪聲限值的要求上。對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×(系統中最低騷擾頻率);

信號接收機:fcn=kR×(電磁環境中最低騷擾頻率);

式中,kT、kR根據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,同時要求低于我們的開關電源的最大工作頻率(當CLASS-A/B要求f=150KHz為測試起點時);

B.信號噪聲濾波器截止頻率取fcn=10MHZ~30MHz(對傳輸速率>100Mbps的信息技術設備)。

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

其它標準要求的說明如下:

美國聯邦通信委員會(FCC)規定電磁干擾起始頻率為300kHz;

國際無線電干擾特別委員會(CISPR)規定為150kHz;

美國軍標規定為10kHz。

設計要點:插入濾波器設計。

上圖中如果不插入輸入濾波器,我們很難通過EMI的傳導限值要求。

在實際運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行無濾波器系統的理論研究如下:我們的測試的差模和共模的限值情況如下:

而實際我們需要達到的測試效果如下:要求滿足測試的CLASSA/B的限值要求:

通常實際測試要比限值低5-10dB的設計!實際值為藍色實線的效果,虛線為我們的限值要求。

我們確定fcn的準確理論方法。

根據曲線要求進行切線分割法來確定濾波器的截止頻率值。

對于一級低通濾波器截止頻率可按下式確定:

騷擾源:fcn=kT×(系統中最低騷擾頻率); CLASSA/B=150KHZ-30MHZ(標準)

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

式中,kT、kR根據電磁兼容性要求確定,一般情況下取1/3或1/5;并且小于開關電源的設計工作頻率。

對于<75W 的FLY反激的開關電源設計;我在進行差模和共模無濾波器分離測試時得出的曲線進行ClassB的限值要求得出的衰減曲線進行切線分析時;fcn的切點正好差不多在150KHZ的1/3處;因此得出<75W 的FLY反激的開關電源設計 其截止頻率在50KHZ 附近;因此我的設計建議對于<75W的FLY開關電源的差模&共模的截止頻率推薦在10KHZ-50KHZ設計。

因此對于<75W的開關電源的濾波器的設計推薦我的實驗參數進行迭代設計。

請參考:《開關電源系統電磁兼容進級設計與優化》開關電源-傳導干擾進行高效設計時,濾波器的設計是最快速的方法。

對于系統是Ⅱ類器具/結構- 無接地措施的產品的EMI濾波器我的推薦設計:

原理計算公式同接地有Y電容設計的計算方法相同:

注意:理論上電感量越高對EMI抑制效果越好,但過高的電感將使截止頻率更低,而實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)。匝數增加使分布電容也隨之增大,使高頻電流全部經此電容流通。過高的ui使鐵芯極易飽和,根據我多年的設計經驗對于鐵氧體材料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/槽繞(Sectional Winding)推薦設計電感在32mH 左右,如需規格-DS可以推薦給大家。


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