按下按鈕即可實現(xiàn)EMC濾波器設計

電磁兼容性 (EMC) 合規(guī)性通常是電子設備在開發(fā)過程中必須克服的最后一道障礙。在此過程中需要進行特定于電路和特定于布局的更改并不罕見。這些會延長產品開發(fā)周期并增加成本。出于這個原因，Würth Elektronik 現(xiàn)在提供新的 EMI 濾波器設計器作為其 REDEXPERT 工具系列的一部分，可用于設計用于傳導差模干擾信號的 EMC 濾波器。

一個典型的應用是 DC/DC 轉換器的輸入濾波器，尤其是開關穩(wěn)壓器，它會產生大量干擾。同樣，可以計算用于衰減其他應用中的寬帶干擾的濾波器。濾波器電路的目標是在選定的頻率范圍內實現(xiàn)定義的插入損耗。這是通過負載和源之間最大可能的不匹配通過所需頻率范圍內的高阻抗來實現(xiàn)的。這里，插入損耗（等式 1 中的 a）定義為不帶濾波器的電壓與帶濾波器的相同電路的比值。對于二階 LC 濾波器，公式 2 適用于截止頻率 (fc)。

但是，等式 2 假設了理想組件。電感不考慮繞組電阻或繞組之間的電容，而電容器則考慮等效串聯(lián)電阻（ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL）等。

REDEXPERT EMI 濾波器設計器

REDEXPERT EMI Filter Designer 在高達 30 MHz 的頻率范圍內考慮了這些寄生元素，因此仿真更準確地反映了組件的真實電氣行為和高達四階的濾波器特性。

EMI 濾波器設計器根據(jù)輸入變量的工作電壓、電流、負載/線路阻抗穩(wěn)定網絡和干擾源阻抗、截止頻率和定義頻率下的衰減來確定最合適的拓撲結構。

共有六種拓撲可用于從二階到四階的濾波器：LC、CL、Pi (CLC)、T (LCL)、LC-LC 和 CL-CL。

選擇拓撲后，軟件計算分立元件值并模擬濾波器的增益、輸入阻抗和輸出阻抗的頻率響應。總結再次顯示了輸入值、電路、具有排序功能的 BOM 以及模擬的頻率響應。元件值的計算和隨后的自動選擇基于具有相應極點位置的巴特沃斯特性。

REDEXPERT EMI 濾波器設計器的實際示例

REDEXPERT EMI Filter Designer 是www.we-online.com/filter-designer上的在線工具，適用于為 AC/DC 或 DC/DC 轉換器等設計輸入或輸出濾波器。 DC 轉換器如圖 1 所示。濾波器工具的主要目標是通過實現(xiàn)最大阻抗失配，為定義的輸入參數(shù)計算干凈的信號衰減。

圖 1：DC/DC 轉換器的輸入濾波器，此處為 CL 拓撲

用于 DC/DC 轉換器的非對稱輸入濾波器

一個好的濾波器設計需要盡可能準確的輸入規(guī)格。實際上，DC/DC轉換器在輸入側有一個與輸入阻抗并聯(lián)的大容量電容，因此通常將ESR作為輸入阻抗。ESR 值通常在 0.1 Ω 到 1 Ω 的范圍內。

例如，如果我們使用 Würth Elektronik 的 WCAP-AS5H 865230557007 作為大容量電容器，則 ESR 值為 100 mΩ。如果我們現(xiàn)在想要實現(xiàn)在 350 kHz 時衰減為 35 dB 的濾波器特性，該工具推薦使用 CL 電路（圖 2），并將組件的值確定為 C1 = 47.0 μF 和 L1 = 240 nH。圖 3 還顯示了衰減、輸入阻抗和輸出阻抗的頻率響應。

圖 2：用于輸入濾波器參數(shù)的 REDEXPERT EMI 濾波器設計器的起始頁，然后是合適濾波器拓撲的建議

圖 3：濾波器元件的選擇和衰減、輸入阻抗和輸出阻抗的頻率響應

DC/DC 轉換器的輸出濾波器

由于當今 DC/DC 轉換器通常使用高開關頻率，因此需要輸出濾波器來降低高頻噪聲和紋波。例如，輸出電壓在 1 MHz 時可能具有 50 mV 的紋波分量，需要將其降低到 15 mV。根據(jù)公式 3 獲得所需的衰減 (a )，以分貝為單位。

使用輸入?yún)?shù)“衰減 11 dB”和“頻率 1 MHz”以及選擇輸出濾波器作為輸入?yún)?shù)“負載阻抗 = 50 Ω/噪聲源阻抗 = 0.1 Ω”的 LC 組合，該工具現(xiàn)在建議使用L1 = 55 nH 和 C1 = 4.7 μF 的 LC 拓撲。關于拓撲，需要注意的是，噪聲源始終在指定濾波器的右側，負載在左側（圖 1）；即，濾波器必須集成在相應的電路中，使得電感直接位于 DC/DC 轉換器處，而電容器與負載并聯(lián)。

　　審核編輯：湯梓紅