假設(shè)我們正在為內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用（割草機(jī)、鏈鋸或汽車）設(shè)計(jì)降壓電源。對于此應(yīng)用，我們知道我們需要滿足 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR)（或聯(lián)邦通信委員會 [FCC]）電磁干擾 (EMI) 規(guī)范。有多種減輕 EMI 的方法，包括識別重要的 EMI 干擾源、找出任何耦合路徑、仔細(xì)設(shè)計(jì)電路布局以減輕干擾，以及添加濾波器和緩沖器。這些步驟中的每一個都需要時間，并且在不反復(fù)試驗(yàn)的情況下很難完成。此外，我們需要專門的設(shè)備和環(huán)境來測試 EMI。但是對于我們的所有麻煩，除了通過 CISPR 規(guī)范之外還有其他好處。
讓我們討論一種解決傳導(dǎo) EMI 噪聲的 EMI 緩解方法：使用輸入濾波器。電源輸入濾波器可防止電源線上的高頻電壓通過電源轉(zhuǎn)換器后出現(xiàn)。我們必須仔細(xì)設(shè)計(jì)穩(wěn)定的濾波器，避免大浪涌電流并避免降低環(huán)路響應(yīng)，同時在效率、尺寸和成本之間實(shí)現(xiàn)良好的折衷。降壓拓?fù)渲械?/span> TPS54360 在 10V DC -14V DC 下運(yùn)行，并在 2A 的輸出端提供 3.3V。圖 1 中顯示的電路是使用 WEBENCH® 電源設(shè)計(jì)器創(chuàng)建的，是我將在本文中探討的設(shè)計(jì)。
圖 1：TPS54360 降壓電源電路示例
誰知道呢，你可能很幸運(yùn)，不需要過濾器。在我們進(jìn)行一些計(jì)算之前，我們不會確切知道。劇透警告！在這個例子中，我們并不走運(yùn)。
以下是創(chuàng)建輸入過濾器的步驟：
· 識別最高噪聲成分和最高噪聲發(fā)生的頻率。
· 確定需要多少衰減才能滿足噪聲規(guī)范。
· 選擇濾波器類型，例如無阻尼電感電容、并聯(lián)阻尼、串聯(lián)阻尼等。
· 確定濾波器類型的輸出阻抗和傳遞函數(shù)方程。
· 為濾波器選擇元件（電感器、電容器、電阻器）以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)：
· 提供必要的噪聲衰減，特別是在主頻率下。
· 使電源保持穩(wěn)定。
· 不會顯著影響環(huán)路補(bǔ)償。
· 滿足成本和尺寸目標(biāo)的現(xiàn)成組件可用。
· 測量傳導(dǎo)噪聲的原型，并驗(yàn)證電路是否滿足所有頻率的規(guī)范。（我們知道這是如何工作的……如果測量結(jié)果表明電路不符合規(guī)格，則需要沖洗、清洗和重復(fù)，然后重新開始選擇過濾器和組件。）
為了讓事情變得更簡單，WEBENCH Power Designer 有一個輸入過濾器工具，可以進(jìn)行計(jì)算并選擇過濾器類型和組件以滿足我們的標(biāo)準(zhǔn)。
假設(shè)最高噪聲分量通常位于開關(guān)模式電源 (SMPS) 的開關(guān)頻率處。使用 TPS54360 的電源電路的開關(guān)頻率為 918kHz。我們可以通過在最壞情況下操作或最高輸入電流（在本例中為 2.3A）下的測量來估計(jì)噪聲或獲得開關(guān)頻率下的基線噪聲系數(shù)。有關(guān)評估 EMI 衰減和測量的更多詳細(xì)信息.
重要的是要了解未濾波的電路相位裕度和增益交叉頻率，即 60.5 度，交叉頻率為 58.8kHz。
該電路在 918kHz 時具有驚人的 90dBμV。在該頻率下，CISPR 25 Class 5 規(guī)范為 54dBμV。所以你需要一個能衰減 36dBμV 或更多的濾波器。我們還可以預(yù)期額外的諧波可能遠(yuǎn)高于規(guī)格，因此我們需要驗(yàn)證我們是否滿足 1-100kHz 頻譜的規(guī)格，并在整個范圍內(nèi)減輕高于規(guī)格的任何噪聲。為此，我們需要選擇過濾器拓?fù)洹Ｎ覍⑹褂貌⒙?lián)阻尼濾波器拓?fù)?，因?yàn)檫@種拓?fù)浣鉀Q了衰減問題，有助于保持穩(wěn)定的電源并滿足阻抗要求。
首先選擇電感 Lf_inpflt，然后計(jì)算正確的濾波電容 Cf_inpflt。我們必須謹(jǐn)慎選擇，因?yàn)?/span> Lf_inpflt 的大值和小電容值會導(dǎo)致輸入不穩(wěn)定并干擾電源的運(yùn)行。為避免這種情況，請使用阻尼電容 Cb_inpflt 和 Rd_inpflt（以降低濾波器在截止頻率處的輸出峰值阻抗）。
圖 2：并聯(lián)阻尼濾波器配置
這些計(jì)算既簡單又快速，并且使用 WEBENCH Power Designer 的輸入濾波器設(shè)計(jì)工具解決了任何穩(wěn)定性和環(huán)路補(bǔ)償問題。使用輸入電流波形的傅立葉級數(shù)和 Cin 的阻抗，Power Designer 計(jì)算了輸入濾波器的值，如圖 3 所示。
圖 3：WEBENCH 電源設(shè)計(jì)器計(jì)算出的濾波器組件值
該工具提供調(diào)整輸入線路阻抗 Rz 和 Lz 的功能，以便根據(jù)電路板布局和電路條件調(diào)整濾波器。圖 4 顯示了濾波電路及其估計(jì)的線路阻抗。
圖 4：WEBENCH Power Designer 計(jì)算的阻尼輸入濾波器電路
圖 5 為我們提供了添加輸入濾波器的完整電源電路示例。Power Designer 將允許我們添加或刪除輸入濾波器并探索電路和濾波器行為以進(jìn)行所需的任何調(diào)整。
圖 5：帶有輸入濾波器的最終 TPS54360 降壓電源電路
添加濾波器后，交叉增益和相位裕度不變。EMI 傳導(dǎo)噪聲現(xiàn)在在所有頻率上都低于 CISPR 標(biāo)準(zhǔn)。圖6中，橙色線為CISPR標(biāo)準(zhǔn)，綠色線為加入濾波器前的計(jì)算噪聲，藍(lán)色線為加入濾波器后的計(jì)算噪聲。
圖 6：紋波幅度與頻率 CISPR 25，輸入濾波器前后
如我們所見，WEBENCH 電源設(shè)計(jì)器不僅可以幫助我們選擇和設(shè)計(jì)電源電路以及探索電路性能。它還提供 EMI 輸入濾波器設(shè)計(jì)等高級功能，可幫助我們解決傳導(dǎo) EMI 噪聲等問題，并提供低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 連接以減少電源系統(tǒng)中由開關(guān)引起的噪聲。
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