開關電源LC濾波器設計

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LC濾波器高通濾波器、低通濾波器和帶通濾波器。在開關電源中使用的主要是低通濾波器,還有帶通濾波器常見基本低通濾波器的電路形式如下圖所示:




1.  L型濾波器的負載阻抗高,源阻抗低;

2.  倒L型濾波器的負載阻抗低,源阻抗高;

3.  T型濾波器的負載阻抗低,源阻抗低;

4.  Π型濾波器的負載阻抗高,源阻抗高。

實際使一般遵循這個規則實際中阻抗很難估算特別是高頻段,由於寄生參數的原因,電路阻抗變化很大,電路阻抗還和電路的工作狀態有關,所以實際中根據實際調試爲準。作爲EMI的濾波器爲了增加插入損耗,要讓濾波輸入輸出阻抗處於失配。下面是開關電源輸入濾波器的阻抗匹配文獻供大家參考。


   開關電源輸入濾波器的阻抗匹配.pdf




如果 LC濾波器在實際使用中單級不能滿足要求,還才用級聯合組合方式,常見的EMI濾波器的結構如下圖所示:
     



1.  CX1、CX2是X電容; LCM是共模電感; LDM是差模電感; CY1、CY2是Y電容;
2.  X電容和差模電感共同抑制差模干擾,Y電容和共模電感共同抑制共模干擾;
3.  實際中共模電感存在漏感,漏感也有抑制差模干擾的作用。
在電路中X電容和差模電感,共模電感的漏感構成π型濾波器,起頻率特性和π型濾波器相同。在實際使用中當X電容容量大於0.1UF時,需要並聯放電電阻來滿足安規要求,電容容量越大,放電電阻阻值越小電阻還要注意功率要滿足實際需要,通常用多個電阻並聯和串聯來滿足功率要求。以下是電源EMI濾波器的設計方法的文獻來自網絡供大家參考。


   電源EMI濾波器的設計方法.pdf



共模線圈選擇時的電感值如何來定?

答:根據需要抑制的頻率,利用共模電感的電感量和Y電容的諧振頻率來確定,實際中還要考慮元件分佈參數和板的佈局,所以很多是開始大概確定一個值,後面通過預測,再確定,與經驗有很大關係。有的資料上有介紹和開關電源的頻率有關係:50KHZ約30MH,75KHZ約15MH,100KHZ約10MH。實際中電感量不是越大越好,我以前也是這種錯誤的認爲,電感量越大,匝數越多,分佈電容越大,高頻下反而不利,繞組電感是要儘量減小分佈電容。共模電感的電感量往往和Y電容的容量一起考慮,電容容量大,電感的電感量就可以小,但是電容的容量不能過大,與安規要求的漏電電流大小有關係。


共模電感設計:設計共模電感時還要注意磁芯材質的選擇,具體根據實際需要來確定,不是Br越大越好,和工作溫度和帶寬都有一定的關係。實際中由於兩個繞組不完全對稱,還存在漏感,漏感是好處可以抑制差模干擾,不利是方面要注意不要出現磁飽和,由此可見漏感的存在是矛盾的,從抑制差模干擾來看是越大越好,從避免磁飽和來看是越小越好,個人認爲是小好,抑制差模干擾可以用差模濾波器來完成,實際用要想漏感小可以用磁環,但是電感量不能做到很大,要漏感大點可以用EE和U型磁芯。根據實際需要可能用兩個不同電感量是共模濾波器來抑制不同 的頻率。關於線徑的選取,可以按照電流密度4-8A/平方毫米來選取,電流的大小和輸出功率,電源效率,PF值有關:I=Po/η/PF/Vi。
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