使用 REDEXPERT 進(jìn)行 EMC 濾波器設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的 EMC 認(rèn)證充滿挑戰(zhàn)，但是不可避免，同時(shí)EMC 濾波器設(shè)計(jì)也絕非易事。全新的 REDEXPERT 濾波器設(shè)計(jì)工具簡化了濾波器的設(shè)計(jì)過程，能夠?yàn)槟?jié)省時(shí)間和金錢。

EMC（電磁兼容）認(rèn)證通常是電子產(chǎn)品開發(fā)過程中最后一個(gè)必須克服的障礙。認(rèn)證過程中，經(jīng)常需要對(duì)特定電路或布線進(jìn)行更改，這樣會(huì)延長產(chǎn)品的開發(fā)周期，并提高成本。為此，伍爾特電子的“REDEXPERT”仿真平臺(tái)加入了全新的“EMI 濾波器設(shè)計(jì)工具”，該工具可用于設(shè)計(jì)抑制傳導(dǎo)差模噪音的濾波器。

典型應(yīng)用是 DC/DC 轉(zhuǎn)換電路的輸入濾波器，尤其是會(huì)產(chǎn)生大量干擾的開關(guān)電源。用于濾除電路中寬帶噪音的濾波器也可采用同樣方式。濾波器設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在要求的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需的插入損耗。通過盡可能失配負(fù)載和源端阻抗，可在所需頻率范圍內(nèi)達(dá)到目標(biāo)。此處插入損耗（公式 1 中的“a”）的定義是在同一個(gè)電路中，不帶濾波器時(shí)的電壓與帶濾波器時(shí)的電壓之比（圖 1）。對(duì)于二階 LC 濾波器，通常使用公式 2 計(jì)算截止頻率 f_C.

公式 2 的計(jì)算采用理想元器件，沒有考慮電感的繞線電阻（R_dc) 和繞線電容，以及電容的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 和等效串聯(lián)電感 (ESL) 等。

REDEXPERT EMI 濾波器設(shè)計(jì)工具

REDEXPERT EMI 濾波器設(shè)計(jì)工具可以在 30MHz 的頻率范圍內(nèi)考慮這些寄生參數(shù)，使得仿真能夠更準(zhǔn)確地反映元器件的真實(shí)電氣性能，以及高達(dá)四階濾波器特性。

EMI 濾波器設(shè)計(jì)工具會(huì)根據(jù)輸入的工作電壓、電流、負(fù)載/LISN（線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)）、干擾源阻抗、截止頻率和所需頻段的衰減等參數(shù)來確定最合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

從二階到四階，共有 6 種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇：LC、CL、Pi (CLC)、T (LCL)、LC-LC 和 CL-CL。

在確定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，軟件會(huì)計(jì)算出分立元件的值并仿真濾波器的增益頻率響應(yīng)、輸入和輸出阻抗。最后，工具提供總結(jié)頁面，包括輸入信息、推薦電路、帶有排序功能的器件列表和頻率響應(yīng)。參數(shù)計(jì)算和器件自動(dòng)選擇根據(jù)巴特沃斯濾波器的極點(diǎn)進(jìn)行確定。

REDEXPERT EMI 濾波器設(shè)計(jì)工具應(yīng)用實(shí)例

REDEXPERT EMI 濾波器設(shè)計(jì)工具需在線使用，網(wǎng)址 www.we-online.com/filter-designer，適用于設(shè)計(jì) AC/DC 和 DC/DC 等電路的輸入和輸出濾波器。該工具的目標(biāo)是通過盡可能大的阻抗失配，實(shí)現(xiàn)噪音抑制。

用于 DC/DC 電路的輸入濾波器

一個(gè)好的濾波器設(shè)計(jì)需要盡可能精確的規(guī)格輸入。DC/DC轉(zhuǎn)換電路在輸入端通常都會(huì)并聯(lián)大容量電容，因此可以采用電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）作為輸入阻抗。ESR 值通常在 0.1Ω 到 1Ω 的范圍內(nèi)。

例如伍爾特電子的 WCAP-AS5H系列 865230557007 鋁電解電容，其 ESR 值為 100mΩ。如果想要在 350kHz 處達(dá)到 35dB 衰減，該工具將推薦使用 CL 電路（圖 2），元器件值為 C1 = 47.0pF、L1 = 240nH。圖 3 展示了衰減、輸入阻抗和輸出阻抗的頻率響應(yīng)。

DC/DC電路輸出濾波器

如今的 DC/DC 電路通常開關(guān)頻率較高，因此需要一個(gè)輸出濾波器來降低高頻噪聲和紋波。例如，假設(shè)輸出電壓在 1MHz 頻率處有 50mV 的紋波分量，需要將其降低到 15mV。根據(jù)公式 3 可以計(jì)算出所需的衰減 dB (a)。

在輸入?yún)?shù)處輸入“衰減 11dB”和“頻率 1MHz”后，該工具會(huì)建議 L1 = 470nH 和 C1 = 220nF 的 LC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

參考：

REDEXPERT EMI 濾波器設(shè)計(jì)工具：www.we-online.com/filter-designer

作者：

Gerhard Stelzer 曾在慕尼黑工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)電氣工程和信息技術(shù)，并獲得了工學(xué)碩士學(xué)位。之后，他在西門子公司從事高速光通信技術(shù)的開發(fā)工作。1995 年，他加入了“Elektronik”雜志，從事技術(shù)新聞工作。Gerhard 從 2021 年開始擔(dān)任伍爾特電子的高級(jí)技術(shù)編輯。

圖1：包含噪音的電源（左）和負(fù)載（右）電路，(a)不帶 EMI 濾波器，(b)帶 EMI 濾波器。

圖 1a

圖 1b

圖2：REDEXPERT EMI 濾波器設(shè)計(jì)工具的起始界面，在該界面可以輸入濾波器參數(shù)，然后工具會(huì)推薦合適的拓?fù)洹?/span>

圖3：濾波器元件選項(xiàng)，以及損耗、輸入和輸出阻抗的頻率響應(yīng)。