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开关电源EMI输入滤波器确定fcn的方法

2018年09月01日 10:15 次阅读

今天内训我在家用电器产品推荐了EMI滤波器典型参考的关键参数设计;在有接地系统的<75W 的FLY的典型滤波器参考如下:(再详细说明给美的设计师参考)

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

滤波器EMI-传导的典型差模共模的等效设计图如下:

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

A.如上图共模的等效电路的fcn(谐振频率)/截止频率计算公式如下:

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

B.如上图差模的等效电路的fcn(谐振频率)/截止频率计算公式如下:

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

CM/DM 杂讯衰减- 滤波器截止频率通过实践数据为10KHZ-50KHZ ;其设计的滤波器能通用大部分的运用设计!其参数理论计算数据如下:

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

我们确定fcn的一般方法

开关电源输入滤波器的截止频率fcn要根据电磁兼容性设计要求确定。对于骚扰源,要求将骚扰电平降低到规定的范围,对于接收器,其接收值体现在对噪声限值的要求上。对于一阶低通滤波器截止频率可推荐按下式确定:

骚扰源:fcn=kT×(系统中最低骚扰频率);

信号接收机:fcn=kR×(电磁环境中最低骚扰频率);

式中,kT、kR根据电磁兼容性要求确定,一般情况下取1/3或1/5。

举例说明如下:

A.电源噪声扼流圈或电源输出滤波器截止频率取fcn=30~50kHz,同时要求低于我们的开关电源的最大工作频率(当CLASS-A/B要求f=150KHz为测试起点时);

B.信号噪声滤波器截止频率取fcn=10MHZ~30MHz(对传输速率>100Mbps的信息技术设备)。

此外,对于输入电流有特殊波形的产品及设备,例如接有直接整流-电容滤波的电源EMI输入电路:没有功率因数校正(PFC)的开关电源和电子镇流器之类电器设备及产品,如果要滤除2~27/40次(9KHZ)电流谐波传导干扰,噪声扼流圈截止频率fcn可能取得更低一些。

其它标准要求的说明如下:

美国联邦通信委员会(FCC)规定电磁干扰起始频率为300kHz;

国际无线电干扰特别委员会(CISPR)规定为150kHz;

美国军标规定为10kHz。

设计要点:插入滤波器设计。

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

上图中如果不插入输入滤波器,我们很难通过EMI的传导限值要求。

在实际运用中如果没有插入输入EMI的低通滤波器;我们采用差模和共模分离器进行无滤波器系统的理论研究如下:我们的测试的差模和共模的限值情况如下:

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

而实际我们需要达到的测试效果如下:要求满足测试的CLASSA/B的限值要求:

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

通常实际测试要比限值低5-10dB的设计!实际值为蓝色实线的效果,虚线为我们的限值要求。

我们确定fcn的准确理论方法。

根据曲线要求进行切线分割法来确定滤波器的截止频率值。

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

对于一级低通滤波器截止频率可按下式确定:

骚扰源:fcn=kT×(系统中最低骚扰频率); CLASSA/B=150KHZ-30MHZ(标准)

接收机:fcn=kR×(电磁环境中最低骚扰频率); CLASSA/B=150KHZ-30MHZ

式中,kT、kR根据电磁兼容性要求确定,一般情况下取1/3或1/5;并且小于开关电源的设计工作频率。

对于<75W 的FLY反激的开关电源设计;我在进行差模和共模无滤波器分离测试时得出的曲线进行ClassB的限值要求得出的衰减曲线进行切线分析时;fcn的切点正好差不多在150KHZ的1/3处;因此得出<75W 的FLY反激的开关电源设计 其截止频率在50KHZ 附近;因此我的设计建议对于<75W的FLY开关电源的差模&共模的截止频率推荐在10KHZ-50KHZ设计。

因此对于<75W的开关电源的滤波器的设计推荐我的实验参数进行迭代设计。

请参考:《开关电源系统电磁兼容进级设计与优化》开关电源-传导干扰进行高效设计时,滤波器的设计是最快速的方法。

对于系统是Ⅱ类器具/结构- 无接地措施的产品的EMI滤波器我的推荐设计:

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

原理计算公式同接地有Y电容设计的计算方法相同:

注意:理论上电感量越高对EMI抑制效果越好,但过高的电感将使截止频率更低,而实际的滤波器只能做到一定宽带,也就使高频噪声的抑制效果变差。

(一般开关电源的噪声成分约为1~10MHZ间,但也有超过10MHZ之情形)。

注意:

电感量愈高,则绕线匝数愈多,铁氧体磁芯ui越高,如此将造成低频阻抗增加(DCR变大)。匝数增加使分布电容也随之增大,使高频电流全部经此电容流通。过高的ui使铁芯极易饱和,根据我多年的设计经验对于铁氧体材料ui=10K是比较理想的。

上述EMI共模滤波器推荐FT20.6 或者ET28;采用分区/槽绕(Sectional Winding)推荐设计电感在32mH 左右,如需规格-DS可以推荐给大家。

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

开关电源EMI输入滤波器确定fcn的一般方法

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