按下按钮即可实现EMC滤波器设计

电磁兼容性 (EMC) 合规性通常是电子设备在开发过程中必须克服的最后一道障碍。在此过程中需要进行特定于电路和特定于布局的更改并不罕见。这些会延长产品开发周期并增加成本。出于这个原因，Würth Elektronik 现在提供新的 EMI 滤波器设计器作为其 REDEXPERT 工具系列的一部分，可用于设计用于传导差模干扰信号的 EMC 滤波器。

一个典型的应用是 DC/DC 转换器的输入滤波器，尤其是开关稳压器，它会产生大量干扰。同样，可以计算用于衰减其他应用中的宽带干扰的滤波器。滤波器电路的目标是在选定的频率范围内实现定义的插入损耗。这是通过负载和源之间最大可能的不匹配通过所需频率范围内的高阻抗来实现的。这里，插入损耗（等式 1 中的 a）定义为不带滤波器的电压与带滤波器的相同电路的比值。对于二阶 LC 滤波器，公式 2 适用于截止频率 (fc)。

但是，等式 2 假设了理想组件。电感不考虑绕组电阻或绕组之间的电容，而电容器则考虑等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）等。

REDEXPERT EMI 滤波器设计器

REDEXPERT EMI Filter Designer 在高达 30 MHz 的频率范围内考虑了这些寄生元素，因此仿真更准确地反映了组件的真实电气行为和高达四阶的滤波器特性。

EMI 滤波器设计器根据输入变量的工作电压、电流、负载/线路阻抗稳定网络和干扰源阻抗、截止频率和定义频率下的衰减来确定最合适的拓扑结构。

共有六种拓扑可用于从二阶到四阶的滤波器：LC、CL、Pi (CLC)、T (LCL)、LC-LC 和 CL-CL。

选择拓扑后，软件计算分立元件值并模拟滤波器的增益、输入阻抗和输出阻抗的频率响应。总结再次显示了输入值、电路、具有排序功能的 BOM 以及模拟的频率响应。元件值的计算和随后的自动选择基于具有相应极点位置的巴特沃斯特性。

REDEXPERT EMI 滤波器设计器的实际示例

REDEXPERT EMI Filter Designer 是www.we-online.com/filter-designer上的在线工具，适用于为 AC/DC 或 DC/DC 转换器等设计输入或输出滤波器。 DC 转换器如图 1 所示。滤波器工具的主要目标是通过实现最大阻抗失配，为定义的输入参数计算干净的信号衰减。

图 1：DC/DC 转换器的输入滤波器，此处为 CL 拓扑

用于 DC/DC 转换器的非对称输入滤波器

一个好的滤波器设计需要尽可能准确的输入规格。实际上，DC/DC转换器在输入侧有一个与输入阻抗并联的大容量电容，因此通常将ESR作为输入阻抗。ESR 值通常在 0.1 Ω 到 1 Ω 的范围内。

例如，如果我们使用 Würth Elektronik 的 WCAP-AS5H 865230557007 作为大容量电容器，则 ESR 值为 100 mΩ。如果我们现在想要实现在 350 kHz 时衰减为 35 dB 的滤波器特性，该工具推荐使用 CL 电路（图 2），并将组件的值确定为 C1 = 47.0 µF 和 L1 = 240 nH。图 3 还显示了衰减、输入阻抗和输出阻抗的频率响应。

图 2：用于输入滤波器参数的 REDEXPERT EMI 滤波器设计器的起始页，然后是合适滤波器拓扑的建议

图 3：滤波器元件的选择和衰减、输入阻抗和输出阻抗的频率响应

DC/DC 转换器的输出滤波器

由于当今 DC/DC 转换器通常使用高开关频率，因此需要输出滤波器来降低高频噪声和纹波。例如，输出电压在 1 MHz 时可能具有 50 mV 的纹波分量，需要将其降低到 15 mV。根据公式 3 获得所需的衰减 (a )，以分贝为单位。

使用输入参数“衰减 11 dB”和“频率 1 MHz”以及选择输出滤波器作为输入参数“负载阻抗 = 50 Ω/噪声源阻抗 = 0.1 Ω”的 LC 组合，该工具现在建议使用L1 = 55 nH 和 C1 = 4.7 µF 的 LC 拓扑。关于拓扑，需要注意的是，噪声源始终在指定滤波器的右侧，负载在左侧（图 1）；即，滤波器必须集成在相应的电路中，使得电感直接位于 DC/DC 转换器处，而电容器与负载并联。

　　审核编辑：汤梓红