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ZHCSXL7 December 2024 LM25190

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7.1.1.5 EMI 濾波器

開關穩壓器具有負輸入阻抗，該阻抗在最小輸入電壓條件下最低。欠阻尼 LC 濾波器在濾波器的諧振頻率條件下具有高輸出阻抗。為實現穩定性，濾波器輸出阻抗必須小于轉換器輸入阻抗的絕對值。

方程式 28.

Z_{I N} = |- \frac{{V_{S U P P L Y (M I N)}}^{2}}{P_{S U P P L Y}}|

無源 EMI 濾波器設計步驟如下：

計算 EMI 濾波器在開關頻率下所需的衰減，其中 C_IN 表示開關轉換器輸入端的現有電容。
輸入濾波器電感 L_F 通常選擇為 1μH 和 10μH 之間，但可以通過減少該電感來降低高電流設計中的損耗。
計算輸入濾波器電容 C_F。

圖 7-2 降壓穩壓器的無源 π 級 EMI 濾波器

通過從傅里葉級數輸入電流波形計算第一個諧波電流并乘以輸入阻抗（阻抗由現有輸入電容器 C_IN 定義），可以得出一個公式來獲取所需的衰減，具體如方程式 29 所示。

方程式 29.

A t t n = 20 l o g (\frac{I_{L O U T (P E A K)}}{π^{2} \times f_{S W} \times C_{I N}} \times s i n (π \times D_{M A X}) \times \frac{1}{1 μ V}) - V_{M A X}

其中

V_MAX 是適用傳導 EMI 規格允許的 dBμV 噪聲水平。
C_IN 是降壓穩壓器的現有輸入電容。
D_MAX 是最大占空比。
I_LOUT(PEAK) 是峰值電感器電流。

出于濾波器設計目的，輸入端的電流可以建模為方波。根據方程式 30 確定無源 EMI 濾波器電容 C_F。

方程式 30.

C_{F} = \frac{1}{L_{F}} {(\frac{10^{\frac{|A t t n|}{40}}}{2 π \times f_{S W}})}^{2}

在開關穩壓器中增加一個輸入濾波器會使“控制到輸出”傳遞函數發生變化。濾波器的輸出阻抗必須足夠小，使得輸入濾波器不會顯著影響降壓轉換器的環路增益。阻抗在濾波器諧振頻率下達到峰值。無源濾波器的諧振頻率由方程式 31 給出。

方程式 31.

f_{r e s} = \frac{1}{2 π \times \sqrt{L_{F} \times C_{F}}}

R_D 的用途是減小濾波器在諧振頻率下的峰值輸出阻抗。電容器 C_D 會阻礙輸入電壓的直流分量，從而避免 R_D 上產生過大的功率損耗。電容器 C_D 在諧振頻率下的阻抗必須小于 R_D，并且電容值必須大于輸入電容器 C_IN 的電容值。該要求可以防止 C_IN 干擾主濾波器的截止頻率。當濾波器的輸出阻抗在諧振頻率下較大（由 L_F 和 C_IN 構成的濾波器具有過高的 Q）時，需要增加輸入阻尼。可以使用電解電容器 C_D 來提供方程式 32 所給出的輸入阻尼值。

方程式 32.

C_{D} \geq 4 \times C_{I N}

可使用方程式 33 選擇輸入阻尼電阻 R_D。

方程式 33.

R_{D} = \sqrt{\frac{L_{F}}{C_{I N}}}