基于二端口網(wǎng)絡(luò)理論的開關(guān)電源直流EMI濾波器的設(shè)計
摘要:介紹了基于二端口網(wǎng)絡(luò)理論的開關(guān)電源直流EMI濾波器設(shè)計的一般原理和方法。該原理適合于任何濾波器的設(shè)計,在實際應(yīng)用中取得了良好的濾波效果。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/190514.htm關(guān)鍵詞:EMI濾波器;輸入導(dǎo)納;輸出阻抗
0 引言
電子技術(shù)的迅速發(fā)展,對電子儀器和設(shè)備提出了更高的要求:性能上,更加安全可靠;功能上,不斷增加;使用上,自動化程度越來越高;體積上,要日趨小型化。這使得具有眾多優(yōu)點的開關(guān)電源在計算機(jī)、通信、航天、彩色電視等方面得到了日益廣泛的應(yīng)用。但是,在開關(guān)穩(wěn)壓電源中,開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài),其交變電壓和電流會通過電路的元器件產(chǎn)生很強(qiáng)的尖峰干擾和諧振干擾。這些干擾嚴(yán)重地污染了市電電網(wǎng),影響了鄰近電子儀器及設(shè)備的正常工作;同時,由于這一缺點,使得開關(guān)電源無法應(yīng)用于一些精密的電子儀器中,因此,盡量降低開關(guān)電源的電磁干擾,提高其使用范圍,是從事開關(guān)電源設(shè)計必須考慮的問題。
本文應(yīng)用了二端口網(wǎng)絡(luò)的原理,對開關(guān)電源中直流EMI濾波器進(jìn)行了分析,給出了直流EMI濾波器設(shè)計的一般方法及相關(guān)參數(shù)的計算方法。
1 基于二端口網(wǎng)絡(luò)直流EMI濾波器的設(shè)計
目前廣泛使用的開關(guān)電源,無論單橋式、推挽式、半橋式、全橋式都可以歸納為圖1所示的形式(以單相為例)。
圖1 開關(guān)電源的一般性原理圖
由圖1可以看出,通過對直流EMI濾波器的配置,可以改變電路的等效阻抗,進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的濾波效果。
直流EMI濾波器雙端口網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示。其混合參數(shù)方程為
(1)
式中:g11為輸入導(dǎo)納;
g22為輸出阻抗;
g12為反向電流增益;
g21為正向電壓增益。
圖2 直流EMI濾波器雙端口網(wǎng)絡(luò)模型
由式(1)可以等效出如圖3所示的原理圖。
圖3 直流EMI濾波器等效原理圖
直流EMI濾波器設(shè)計必須滿足以下幾項要求:
1)要保證濾波器在濾波的同時,不影響電源的帶負(fù)荷能力;
2)對于輸入的直流分量,要求濾波器盡量不造成衰減;
3)對于諧波分量,濾波器要有良好的濾波效果。
結(jié)合混合參數(shù)方程及等效原理圖,由要求1)知,濾波器的輸入導(dǎo)納和輸出阻抗要盡可能小,即g11=g22=0
由要求2)知,低頻時,反向電流增益g12和正向電壓增益g21設(shè)計值要盡量為1,而輸入導(dǎo)納和輸出阻抗要盡可能小,也即g12=g21=1,g11=g22=0;
由要求3)知,高頻時,g11,g12,g21,g22都要盡可能地小。
以上的分析結(jié)論就是直流EMI濾波器設(shè)計的一般方法及濾波效果的評判標(biāo)準(zhǔn)。
2 實例分析
LC濾波器和四階直流線路濾波器是工程實際中常用的濾波器,下面就以上面的結(jié)論分析其濾波效果。圖4為LC濾波器原理圖。
圖4 LC濾波器原理圖
其混合參數(shù)方程為
(2)
對于直流分量,由于f趨向于0,對應(yīng)有ω=2πf趨向于0;顯然g11=g22=0;g12=g21=1。
對于諧波分量,
|g11|=;|g12|==|g21|;|g22|=。
考慮到當(dāng)ωL>10時,顯然有g(shù)11=g12=g21=g22=0。分析系統(tǒng)的輸入導(dǎo)納和輸出阻抗,要保證輸入導(dǎo)納g11趨向于0,必然使得L取值很大;要保證輸出阻抗g22趨向于0,必然使得C取值同樣很大,這給工程實際應(yīng)用帶來了局限性,這也正是LC濾波器的缺點。
在工程實際中廣泛應(yīng)用的四階直流線路濾波器其原理圖如圖5所示。
圖5 四階直流線路濾波器原理圖
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