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[资料] 输入和输出滤波器器件
2020-9-1 14:00:34  108 滤波器 元件
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选择滤波器器件时,必须能够达到150kHz – 300MHz 的宽带干扰抑制。这应足以抑制预期的传导和辐射EMC干扰。但如果输入或输出处使用的线缆被缩短或省略了,则滤波器也可被简化。
3.8.不含滤波器的EMC测量 (100W Pout)
为满足大多数应用的需要,转换器的干扰不得超出Class B (家用)限值,包括传导 (150kHz – 30MHz) 和辐射 (30MHz – 1GHz) 范围,参见图12 和13。
鉴于此处需要的电流,除了插入损耗非常重要之外,电感元件还必须具有尽可能低的RDC,从而将效率和自热保持在一个可接受的水平。遗憾的是,低RDC通常意味着需要增大设计尺寸。因此,使用最先进的元器件在这里也尤为重要,它们可以在RDC、阻抗和尺寸之间达到完美的平衡。
WE-MPSB系列以及WE-XHMI系列的紧凑设计特别适合于此案例。廉价的铝电解电容器(如 WCAP-ASLI)适合作为电容值为10μF以上的滤波器的电容器件。与上面提到的刻薄电容器不同,此处不会出现高纹波电流(滤波器电感会有效阻止这些电流),因此它们不需要承受高纹波电流。因此,较高的ESR也不是问题,这甚至还有助于保持低的滤波器系数,从而防止其它不必要的振荡。
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12:不含输入滤波器时的传导干扰测量。果然,尽管布局良好,但干扰超出了B类限值。
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13:不含输入和输出滤波器时的辐射干扰测量。
在大约180MHz 下,干扰和限值之间的差异非常小,这可能会导致后续测量出现问题。其原因是肖特基恢复电流的快速反向恢复时间刺激了寄生 LC 谐振。
15 显示了输入和输出滤波器的结构(共模和差模)。图16 显示了该滤波器在EMC相关频率范围内对差模插入阻尼的仿真
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14:三种不同频率范围的滤波器元件框图
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15:输入和输出滤波器组差模插入阻尼的LTspice仿真(仅漏感与CMC相关)
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16:仿真差模插入衰减与两个滤波器组的寄生特性
最高 500MHz 下,可实现超过80dB的插入损耗。
其它的滤波器损耗由电感器中的欧姆损耗导致:
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输出滤波器损耗:I2 • Rdc = 5.5 A2 • 30 mΩ = 907 mW
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输入滤波器损耗:|2 • Rdc = 7 A2 • 18.4 mΩ = 902 mW
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共模电感的选择标准如下:
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在较宽的频率范围内(此案例为150kHz至300MHz)尽可能达到最大共模阻抗。
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分段绕组技术,以获尽可能大的漏感(差模干扰抑制)。
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RDC。
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紧凑型设计和SMT
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3.9.具输入和输出滤波器的PCB上表面布局分析
1.布置两个滤波器组时,尽可能消除与电路主要部分的电感和电容合;否则可能会影响滤波效果。
2.内层中的PGND覆铜表面仅与滤波器的两个铝电解电容器连接。滤波器组下没有覆铜,即便中间层也是如此。这可以避免电流耦合,否则会降低滤波电容器的抑制效果。
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17:使用的两个WE-UCF共模电感的共模和差模阻抗曲线
3.设计T型滤波器时,尽可能消除三个器件内不必要的电容和电感耦合。
4.两个共模电感下方没有覆铜,以便最大限度减少电容耦合
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18:顶层视图,包括符合CISPR32 B类的所有滤波器元件
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19:顶层测量
3.10. 100 W Pout (Ta = 22 °C)下滤波器的温度和效率测量
100 W Pout 下的效率测量结果:
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降压模式 96.5 %
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升压模式 95.6 %
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元器件的最高温度低于64°C,这为更高的环境温度提供了足够的余量,同时器件上受到的压力也比较低。同样效率也非常高,特别是考虑到这会影响所有过滤器器件。
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20:底层测量
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总结
尽管具有精细的布局以及合适的有源和无源器件,但此案例中苛刻的规格要求(如长电缆、缺少屏蔽等)意味着如果不额外加装滤波器,就无法符合Class B标准。但是,由于这一问题在意料之中,可以从一开始就设计合适的滤波器。因此,本文档设计了一款灵活、高效且符合B类标准的100W降压-升压转换器。为使电路板更加紧凑,可将两个滤波器组旋转90°或布置在PCB底面。借助如REDEXPERT和LTSpice等设计和仿真软件,可以快速、低成本地得出结果。
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21:含上述输入滤波器时的传导干扰。在整个测量范围内,平均和准峰值干扰均未超出规定限值
图片1.png
22:含上述输入和输出滤波器时的辐射干扰
在整个测量范围内,干扰均未超出规定限值(水平和垂直)。
A. 附录
A.1. 物料清单
END

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