常见的开关电源LC滤波器电路形式详解

电源

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。

开关电源输入滤波器的阻抗匹配.pdf

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。

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。

王栋春 · 2021-8-21 12:59:19

讲解的非常到位

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