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开关电源LC滤波器设计
文章来源:永阜康科技 更新时间:2021/8/20 14:50:00

开关电源LC滤波器的主要功能是滤除纹波,满足EMI的需求。看是简单,就电感和电容,设计实际中有很多要考虑的因素,电感电容的特性,还有布板和其他元件的分布参数。还要考虑滤波器的输入输出阻抗。

LC滤波器有高通滤波器,低通滤波器和带通滤波器。在开关电源中使用的主要是低通滤波器,还有带通滤波器。常见基本低通滤波器的电路形式如下图所示:

1. L型滤波器的负载阻抗高,源阻抗低;
2. 倒L型滤波器的负载阻抗低,源阻抗高;
3. T型滤波器的负载阻抗低,源阻抗低;
4. Π型滤波器的负载阻抗高,源阻抗高。

在实际使用一般遵循这个规则,实际中阻抗很难估算特别是高频段,由于寄生参数的原因,电路阻抗变化很大,电路阻抗还和电路的工作状态有关,所以实际中根据实际调试为准。作为EMI的滤波器为了增加插入损耗,要让滤波输入输出阻抗处于失配。下面是开关电源输入滤波器的阻抗匹配文献供大家参考。

LC滤波器在实际使用中单级不能满足要求,还才用级联合组合方式,常见的EMI滤波器的结构如下图所示

1.CX1、CX2是X电容; LCM是共模电感; LDM是差模电感; CY1、CY2是Y电容;
2.X电容和差模电感共同抑制差模干扰,Y电容和共模电感共同抑制共模干扰;
3.实际中共模电感存在漏感,漏感也有抑制差模干扰的作用。

在电路中X电容和差模电感,共模电感的漏感构成π型滤波器,起频率特性和π型滤波器相同。在实际使用中当X电容容量大于0.1UF时,需要并联放电电阻来满足安规要求,电容容量越大,放电电阻阻值越小,电阻还要注意功率要满足实际需要,通常用多个电阻并联和串联来满足功率要求。以下是电源EMI滤波器的设计方法的文献来自网络供大家参考。

问:共模线圈选择时的电感值如何来定?

答:根据需要抑制的频率,利用共模电感的电感量和Y电容的谐振频率来确定,实际中还要考虑元件分布参数和板的布局,所以很多是开始大概确定一个值,后面通过预测,再确定,与经验有很大关系。有的资料上有介绍和开关电源的频率有关系:50KHZ约30MH,75KHZ约15MH,100KHZ约10MH。实际中电感量不是越大越好,我以前也是这种错误的认为,电感量越大,匝数越多,分布电容越大,高频下反而不利,绕组电感是要尽量减小分布电容。共模电感的电感量往往和Y电容的容量一起考虑,电容容量大,电感的电感量就可以小,但是电容的容量不能过大,与安规要求的漏电电流大小有关系。

共模电感设计:

设计共模电感时还要注意磁芯材质的选择,具体根据实际需要来确定,不是Br越大越好,和工作温度和带宽都有一定的关系。实际中由于两个绕组不完全对称,还存在漏感,漏感是好处可以抑制差模干扰,不利是方面要注意不要出现磁饱和,由此可见漏感的存在是矛盾的,从抑制差模干扰来看是越大越好,从避免磁饱和来看是越小越好,个人认为是小好,抑制差模干扰可以用差模滤波器来完成,实际用要想漏感小可以用磁环,但是电感量不能做到很大,要漏感大点可以用EE和U型磁芯。根据实际需要可能用两个不同电感量是共模滤波器来抑制不同 的频率。关于线径的选取,可以按照电流密度4-8A/平方毫米来选取,电流的大小和输出功率,电源效率,PF值有关:I=Po/η/PF/Vi。



 
 
 
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