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使用 REDEXPERT 进行 EMC 滤波器设计

关键词:REDEXPERT EMC滤波器 滤波器设计

时间:2022-07-19 10:26:59      来源:网络

EMC(电磁兼容)认证通常是电子产品开发过程中最后一个必须克服的障碍。认证过程中,经常需要对特定电路或布线进行更改,这样会延长产品的开发周期,并提高成本。为此,伍尔特电子的“REDEXPERT”仿真平台加入了全新的“EMI 滤波器设计工具”,该工具可用于设计抑制传导差模噪音的滤波器。

作者:Gerhard Stelzer

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具
一键式 EMC 滤波器设计

产品的 EMC 认证充满挑战,但是不可避免,同时EMC 滤波器设计也绝非易事。全新的 REDEXPERT 滤波器设计工具简化了滤波器的设计过程,能够为您节省时间和金钱。

EMC(电磁兼容)认证通常是电子产品开发过程中最后一个必须克服的障碍。认证过程中,经常需要对特定电路或布线进行更改,这样会延长产品的开发周期,并提高成本。为此,伍尔特电子的“REDEXPERT”仿真平台加入了全新的“EMI 滤波器设计工具”,该工具可用于设计抑制传导差模噪音的滤波器。

典型应用是 DC/DC 转换电路的输入滤波器,尤其是会产生大量干扰的开关电源。用于滤除电路中宽带噪音的滤波器也可采用同样方式。滤波器设计的目标是在要求的频率范围内实现所需的插入损耗。通过尽可能失配负载和源端阻抗,可在所需频率范围内达到目标。此处插入损耗(公式 1 中的“a”)的定义是在同一个电路中,不带滤波器时的电压与带滤波器时的电压之比(图 1)。对于二阶 LC 滤波器,通常使用公式 2 计算截止频率 fC.

           (1)
                    (2)

公式 2 的计算采用理想元器件,没有考虑电感的绕线电阻(Rdc) 和绕线电容,以及电容的等效串联电阻 (ESR) 和等效串联电感 (ESL) 等。


图1:包含噪音的电源(左)和负载(右)电路,(a)不带 EMI 滤波器,(b)带 EMI 滤波器。

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具可以在 30MHz 的频率范围内考虑这些寄生参数,使得仿真能够更准确地反映元器件的真实电气性能,以及高达四阶滤波器特性。

EMI 滤波器设计工具会根据输入的工作电压、电流、负载/LISN(线路阻抗稳定网络)、干扰源阻抗、截止频率和所需频段的衰减等参数来确定最合适的拓扑结构。

从二阶到四阶,共有 6 种拓扑结构可供选择:LC、CL、Pi (CLC)、T (LCL)、LC-LC 和 CL-CL。

在确定拓扑结构后,软件会计算出分立元件的值并仿真滤波器的增益频率响应、输入和输出阻抗。最后,工具提供总结页面,包括输入信息、推荐电路、带有排序功能的器件列表和频率响应。参数计算和器件自动选择根据巴特沃斯滤波器的极点进行确定。

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具应用实例

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具需在线使用,网址 www.we-online.com/filter-designer,适用于设计 AC/DC 和 DC/DC 等电路的输入和输出滤波器。该工具的目标是通过尽可能大的阻抗失配,实现噪音抑制。

用于 DC/DC 电路的输入滤波器

一个好的滤波器设计需要尽可能精确的规格输入。DC/DC转换电路在输入端通常都会并联大容量电容,因此可以采用电容的等效串联电阻(ESR)作为输入阻抗。ESR 值通常在 0.1Ω 到 1Ω 的范围内。

例如伍尔特电子的 WCAP-AS5H系列 865230557007 铝电解电容,其 ESR 值为 100mΩ。如果想要在 350kHz 处达到 35dB 衰减,该工具将推荐使用 CL 电路(图 2),元器件值为 C1 = 47.0pF、L1 = 240nH。图 3 展示了衰减、输入阻抗和输出阻抗的频率响应。


图2:REDEXPERT EMI 滤波器设计工具的起始界面,在该界面可以输入滤波器参数,然后工具会推荐合适的拓扑。


图3:滤波器元件选项,以及损耗、输入和输出阻抗的频率响应。

DC/DC电路输出滤波器

如今的 DC/DC 电路通常开关频率较高,因此需要一个输出滤波器来降低高频噪声和纹波。例如,假设输出电压在 1MHz 频率处有 50mV 的纹波分量,需要将其降低到 15mV。根据公式 3 可以计算出所需的衰减 dB (a)。

         (3)

在输入参数处输入“衰减 11dB”和“频率 1MHz”后,该工具会建议 L1 = 470nH 和 C1 = 220nF 的 LC 拓扑结构。

参考:

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具:www.we-online.com/filter-designer

作者:

Gerhard Stelzer 曾在慕尼黑工业大学学习电气工程和信息技术,并获得了工学硕士学位。之后,他在西门子公司从事高速光通信技术的开发工作。1995 年,他加入了“Elektronik”杂志,从事技术新闻工作。Gerhard 从 2021 年开始担任伍尔特电子的高级技术编辑。

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