直流電機(jī)伺服驅(qū)動開關(guān)電源的EMI濾波器設(shè)計

電磁干擾濾波器(EMI Filter)是近年來被推廣應(yīng)用的一種新型組合器件。它能有效地抑制電網(wǎng)噪聲，提高伺服系統(tǒng)和電子設(shè)備的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性，可廣泛用于電子測量儀器、計算機(jī)機(jī)房設(shè)備、開關(guān)電源、測控系統(tǒng)等領(lǐng)域。本文介紹的就是一種直流電機(jī)伺服驅(qū)動開關(guān)電源的EMI濾波器設(shè)計。

濾波器設(shè)計

根據(jù)直流電機(jī)伺服驅(qū)動開關(guān)電源系統(tǒng)的特點，本設(shè)計中的EMI濾波器采用雙級LC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，雙級LC網(wǎng)絡(luò)插入開關(guān)電源電路中的位置如圖1所示。

假定直流電源側(cè)為低阻抗電壓源US，DC／DC變換器輸入端為高阻抗電流源i(t)。那么LC濾波器只能選擇“Γ”型結(jié)構(gòu)，最簡單的雙“Γ”型LC網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。其頻域傳遞函數(shù)為：

由于LC網(wǎng)絡(luò)諧振時，會產(chǎn)生很大的電流(電壓)峰值，這個網(wǎng)絡(luò)有3個頻率點的諧振峰值是必須限制，否則，會產(chǎn)生更大的EMI。限制這3個頻率點的峰值是設(shè)計這個濾波器的主要指導(dǎo)思想。這3個頻率點分別是：

由于LC網(wǎng)絡(luò)諧振時，會產(chǎn)生很大的電流(壓)峰值，這個網(wǎng)絡(luò)有3個頻率點的諧振峰值是必須限制，否則，會產(chǎn)生更大的EMI。限制這3個頻率點的峰值是設(shè)計這個濾波器的主要指導(dǎo)思想。這3個頻率點分別是：

第一級濾波器的諧振頻率：

第二級濾波器的諧振頻率:

第3個頻率點就是DC／DC變換器的開關(guān)頻率f。

下面具體討論濾波器設(shè)計方法，即選取LC網(wǎng)絡(luò)中元件參數(shù)的方法：

由上面3個式子，3個頻率點對應(yīng)的傳遞函數(shù)的幅值分別為：

元件參數(shù)選取方法討論如下：

為了限箭f1點的諧振峰值，要求插入衰減

zollogH1=zologC1／C2＜0，即C1

元件參數(shù)選取步驟歸納如下：

(1) 由(7)～(9)式確定了比值，這樣只有二個參數(shù)是獨立的；

(2) 由于濾波器負(fù)載側(cè)(開關(guān)電流i(t)側(cè))諧波分量較大，C2應(yīng)選一個大容量電容器。

(3) 由(1)、(2)步結(jié)果代入(9)式，就可以確定另一個獨立參數(shù)。

(4) 由直流側(cè)電源Us確定電容器額定電壓值Uce≥2Us。

例如：若開關(guān)電源開關(guān)頻率f=50kHz，Us=24V，由上述參數(shù)選取原則，選取二組參數(shù)見表1。

EMI濾波器的技術(shù)參數(shù)及測試方法

主要技術(shù)參數(shù)

EMI濾波器的主要技術(shù)參數(shù)有：額定電壓、額定電流、漏電流、測試電壓、絕緣電阻、直流電阻、使用溫度范圍、工作溫升Tr、插入損耗AdB、外形尺寸、重量等。上述參數(shù)中最重要的是插入損耗(亦稱插入衰減)，它是評價電磁干擾濾波器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。

插入損耗(AdB)是頻率的函數(shù)，用dB表示。設(shè)電磁干擾濾波器插入前后傳輸?shù)截?fù)載上的噪聲功率分別為P1、P2，有公式：

AdB=101g(P1／P2) (10)

假定負(fù)載阻抗在插入前后始終保持不變，則P1=V12／Z，P2=V22／Z。式中V1是噪聲源直接加到負(fù)載上的電壓，V2是在噪聲源與負(fù)載之間插入電磁干擾濾波器后負(fù)載上的噪聲電壓，且V1

AdB=201g(V1／V2) (11)

插入損耗的測量方法

插入損耗用分貝(dB)表示，分貝值愈大，說明抑制噪聲干擾的能力愈強(qiáng)。測量插入損耗的電路如圖3所示。US是噪聲信號發(fā)生器，Zi是信號源的內(nèi)部阻抗，ZL是負(fù)載阻抗，一般取50Ω。噪聲頻率范圍可選10kHZ～30MHz。首先要在不同頻率下分別測出插入前后負(fù)載上的噪聲壓降V1、V2，再代入(11)式中計算出每個頻率點的AdB值，最后繪出插入損耗曲線。

結(jié)語

實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的LC雙級濾波器具有濾波效果好、結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、實用性強(qiáng)等特點。