【经验】传导EMI抑制-π型滤波器设计

时间： 2021-06-20 来源：芯洲科技

代理服务

技术支持

现货查询

批量订货

1. 传导电磁干扰简介

在开关电源中，开关管周期性的通断会产生周期性的电流突变（di/dt）和电压突变(dv/dt)，周期性的电流变化和电压变化则会导致电磁干扰的产生。

图1所示为Buck电路的电流变化，在Buck电路中上管电流和下管电流是突变的。这些突变电流导致了电磁干扰的产生。

图 1 Buck电路中的电流变化

图2为Buck上管电流的频域分析图。电磁干扰出现在基波及其谐波频率处。这个噪声是开关电源特性所致，它的产生是无法避免的。因此需要π型滤波器对此干扰进行抑制。

图 2 Buck上管电流的频域分析

2. π型滤波器设计原理

图3为典型传导EMI测试架构， DUT为待测设备。LISN主要用测试中来隔离电网可能导致的高频干扰，从而使得EMI测量到DUT产生的真正EMI干扰。π型滤波器由滤波电感Lf，滤波电容Cf和阻尼电容Cd组成。Cin是DCDC的输入电容。π型滤波器是用来过滤DUT产生的EMI，以阻止DUT对电网的电磁干扰。

图 3 典型π型滤波器原理图

π型滤波器设计步骤如下。

1) 计算衰减倍数

在设计π型滤波器时，首先要确定衰减量|Att|_dB。

如果已经测过没加π型滤波器的传导EMI，只需用基波处最大干扰值V_noise减去相应频率EMI标准允许的最大dBuV噪声V_max即可。

|Att|_dB= V_noise-V_max

如果未测过没加π型滤波器的传导EMI，可以通过以下公式对衰减量进行估算。以下公式通过对开关电流进行傅里叶分解，得到预估的基波干扰量，然后再减去相应频率EMI标准允许的最大dBuV噪声V_max，得到预估衰减量。

|Att|_dB=20log((I/(π^2fsC_IN)sin⁡πD)/1uV)-V_max

其中：

• V_max是EMI标准允许的最大dBuV噪声；

• C_IN是已有输入电容；

• D是占空比；I是输出电流;

• fs是开关频率。

2) 选择滤波电感Lf感值

电感Lf取值通常在1uH到10uH之间。可以根据情况进行电感值的选取。如果用于大电流应用中，可选取小电感来减小损耗。

3) 计算滤波电容Cf容值

电容C_fa值用于确保EMI滤波器的谐振频率至少低于十分之一开关频率。电容C_fb值用于确保EMI滤波器有足够的衰减量。选取C_fa和C_fb中更大的值作为滤波电容Cf容值。

4) 计算阻尼电容Cd容值

滤波电感Lf和滤波电容Cf组成的LC滤波器对传导噪声进行有效的抑制。同时，滤波电感Lf和输入电容C_IN也组成了一个LC滤波电路。这个LC滤波电路的输出阻抗（即π型滤波器在VIN点的阻抗）必须足够小，才能使π型滤波器不会明显影响开关电源的环路增益。LCR电路的Q值为L/C/R。要使π型滤波器对开关电源的环路增益尽可能小，则需增加阻尼电容C_d和ESR_d来降低LC的Q值。图４展示了不同C_d值对应的增益曲线，从中可以看出增加C_d可以使Q值减小。图5展示了不同ESR值对应的增益曲线，从中可以看出ESR的增加可以使Q值减小。

图 4 LC滤波中电容C_d对Q值的影响

图 5 LC滤波中电容C_d的ESR取值对Q值的影响

对于C_d和ESR_d值按照以下公式进行取值

阻尼电容C_d一般建议使用有较大等效串联电阻（ESR）的电解电容。除上述原因之外，C_d的ESR可避免DCDC输入产生振荡。DCDC在输入电压增加的时候，输入电流是减小的，因此可以等效为负阻抗电路。一个负阻抗电路与LC滤波器是十分容易振荡的，因此需要C_d有一定的ESR来避免输入产生振荡。

3π型滤波器应用实列分析

图6所示是芯洲科技 SCT2450在车载导航产品上无π型滤波器的传导测试结果, 传导干扰超标主要在开关频率(fsw=850kHz)及其谐波频率处。由于传导EMI超标，需要使用π型滤波器进行优化。

图 6 无π型滤波器的传导测试结果

以下为π型滤波器计算步骤:

开关频率为850KHz，输入为12V，输出为5V,3A。输入电容为20uF。EN 55032在基波处的限制为45dBuV。已知量总结如下：

D=41.67%，fs=850kHz，C_IN=20uF，I=3A，V_max=45dBuV。

1) 计算衰减倍数

由图6可知基波的干扰最大值为90dBuV。我们目标通过π型滤波器将干扰降为V_max=45dBuV。因此衰减倍数为：

2) 选择滤波电感Lf感值

为减少电感带来效率损耗，选取Lf=1.5uH。

3) 计算滤波电容Cf容值

4) 计算衰减电容Cd容值

此处选用Cd=100uF，选用具有较大ESR的电解电容。

图7为使用上述参数的π型滤波器的仿真结果。可以看出在开关频率处，π型滤波器对干扰信号有高于40db的抑制效果。

图 7 π型滤波器增益曲线仿真

图8为使用上述参数的π型滤波器的实际测试结果。可以看出π型滤波器对传导干扰有明显的改善效果。

图 8 SCT2450 加π型滤波器后的传导测试结果

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 1
| 转发至：

本文由闯天涯转载自芯洲科技，原文标题为:传导EMI抑制-π型滤波器设计，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（1）

用户27216030 Lv4. 资深工程师 2021-12-23

学习了

没有更多评论了

开关电源的维修方法，速速收藏起来！

开关电源坏了怎么办？会修，自己修，不会修，找专门维修的人来修，开关电源在我们生活和工作中可不少见，起到的作用也很大，试想一下没有开关电源的话，电源要一直通着，如果线路受损了，那么就危险了，当然这种情况不会发生，因为不会有没有开关电源这种情况发生。但是当电源出现故障了，如果自己懂得维修，就可以第一时间修了。要怎么修呢？下面来看看吧。

2024-05-16 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货

“望、闻、问、切”，解决开关电源故障

当开关电源出现故障该怎么办？当然是把问题找出来解决掉了。要怎么做呢？小编今天来教大家四个步骤，望闻问切，像中医看病一样，一步一步将问题揪出来，对症下药。那么这四步要怎么进行呢？下面让我们一起来学习学习。

2024-03-15 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货

如何全面做好电源芯片过压保护？浅谈芯洲科技DCDC转换器OVP功能

为应对复杂应用环境，开关电源内部集成了多种保护功能，常见的有过流保护、过温保护、输入欠压保护及输出过压保护等。过流及过温保护主要对IC进行保护，防止芯片烧毁；输出过压保护则是为了确保各种应用条件下的输出电压稳定。对于不同情况给芯片带来的挑战，芯洲科技将不断更新产品、优化设计以适应各种严苛应用。以更加全面的保护功能，涵盖更多复杂应用场景，提高输出电压稳定度，为负载提供更加安全可靠的电源。

2024-01-03 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货

【选型】芯洲科技（SCT）DCDC降压变换器/DCDC升压变换器/MOSFET/IGBT/GaN栅极驱动器/PMIC电源管理芯片方案产品选型指南

目录- 公司简介和产品线介绍同步升压DCDC开关稳压电源系列降压DCDC开关稳压电源系列 MOSFET/IGBT/GaN栅极驱动器无线充电功率发射端PMIC

型号- SCT2A11,SCT245X 系列,SCT2A10,SCT2360,SCT2480,SCT2230,SCT51240,SCT2231,SCT2430STER,SCT2632,SCT22C0,SCT2221TVA,SCT63341,SCT243X 系列,SCT63340,SCT2248TTB,SCT93XX,SCT2460,SCT2221,SCT2220,SCT2620,SCT245X,SCT2622,SCT2260CFPA,SCT23XX系列,SCT12A0,SCT12A1,SCT12A2,SCT2241TVB,SCT12A3,SCT2630A,SCT9331,SC2A25,SCT9332,SC2A26,SCT2630C,SC2A27,SCT9330,SCT2650,SCT9325,SCT2A20,SCT2A22,SCT52A20,SCT2A21,SCT2A23,SCT63241,SCT2A26,SCT63240,SCT2A25,SCT9320,SCT2A27,SCT2250,SCT2230CTVB,SCT93XX系列,SCT52246,SCT2241,SCT2240,SCT2260A,SCT2361,SCT2450C,SCT52240,SCT52241,SCT52242,SCT2230TVB,SCT2230TVA,SCT2401,SCT2260C,SCT2400,SCT2249,SCT2248,SCT2260AFPA,SCT2220TVA,SCT2220TVB,SCT2249TTB,SCT2,SCT2280,SCT2430,SCT2231C,SCT2432,SCT2A23A,SCT2431,SCT2433,SCT2240TVB,SCT242X,SCT2250FPA,SC72431,SCT52A40,SCT63141,SCT63140,SCT2230C,SCT9339,SCT2421,SCT23XX,SCT2420,SCT9336,SCT2A10A,SCT2422,SCT9338,SCT242X 系列,SCT2610A,SCT2450,SCT2452,SCT2331,SCT2330,SCT2451,SCT2850,SCT2231TVB,SCT2332,SCT2610,SCT2231TVA,SCT2851,SCT2612,SCT2231CTVB,SCT2A20A,SCT2280FPA,SCT2320,SCT2322,SCT2321,SCT2323,SCT2601,SCT2600,SCT2325,SCT243X

202010 - 芯洲科技 - 选型指南代理服务技术支持现货查询批量订货

芯洲科技（SCT）产品系列和产品名称对照表

型号- SCT2431STER,SCT2325TVBR,SCT2430STER,SCT2230CTVBR,SCT2439STER,3446A,SP1O10DHKR,SCT2250FPAR,SCT52241STDR,SCT9325STDR,SCT2A10STER,SCT52240STDR,SCT2280FPAR,SCT63140FMAR,SCT9336STER,SCT2431ASTER,SCT2220TVBR,SCT2331TVBR,SCT2339TVBR,SCT12A1DHKR,SCT2321TVBR,SP1M20TWBR,SCT52243STDR,SP1M15FIAR,SCT9338STER,SCT2330TVBR,SCT12A0DHKR,SCT2230TVAR,SCT12A2DHKR,GPMD3240A,SCT63240FIAR,SCT52242STDR,SN1M07STDR,SCT2329TVBR,SCT2220TVAR,SCT2320TVBR,SCT63241FIAR,SCT2400TVBR,SCT12A3DHKR,SP0M01TVBR,SCT2450STER,SCT2430ASTER,D9015,SCT2230TVBR,SCT2323TVBR,SCT2451STER,SP1N28STER,SCT9330STER,SCT51240TWBR,SCT2432STER,SCT2459STER,SCT2230CTVAR,SCT9339STER,SCT9320STDR,SCT2433STER

2019.12.19 - 芯洲科技 - 对照表代理服务技术支持现货查询批量订货

SCT2450Q 3.8V-36V Vin, 5A, High Efficiency Synchronous Step-down DCDC Converter with Adjustable Frequency

型号- SCT2450Q,SCT2450QSTER,SCT2450QSTE

2021/12/20 - 芯洲科技 - 数据手册 - Rev.1.1 代理服务技术支持现货查询批量订货查看更多版本

芯洲科技DCDC转换器选型表

降压DCDC（Buck)开关稳压电源的选型，降压DCDC输入电压包含18V、30V、40V、60V、100V,输入电压含14V、20V，输出电流1~12A,开关频率：300kHz~2.5mHz

产品型号	品类	最小输入电压（V）	最大输入电压（V）	ABS MAX VIN（V）	连续输出电流（A）	反馈电压（V）	过流保护阈值（V）	静态电流（uA）	开关频率（Hz)	软启动时间（ms）	封装和管脚数
SCT2221TVBR	降压DCDC转换器	4.2	17	18	2	0.8	2.4	265	750K	2.5	TSOT23-6L

选型表 - 芯洲科技立即选型

DC-DC常见应用问题解疑

对于在工程师选型、测试的时候常会遇到的电源管理芯片问题，本期SCT芯洲科技做了归纳和整理，方便快速解答大家的疑惑。

2024-06-19 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

SCT2450CSTER PcbLib & SchLib & IntLib

型号- SCT2450CSTER

2024/8/12 - 芯洲科技 - CAD模型库代理服务技术支持现货查询批量订货

芯洲科技SCT2A23助力工业4.0，输入电压可达100V，1500V隔离电源系统解决方案

描述- SCT2A23 Fly-Buck转换器是一个同步降压转换器，其中的电感用耦合电感或反激式变压器所取代，构成类似反激的拓扑，实现原副边隔离据不同的变压器选型，可实现单路或多路隔离输出；如在PLC、数据采集以及测量设备应用中，该隔离边界可提供较好的抗噪功能，典型应用如隔离式RS-232 和RS-485 通信通道、线路驱动器、隔离式放大器、传感器以及CAN 收发器；在伺服等领域可为IGBT提供隔离栅极驱动电源、医疗应用中提供隔离确保安全性。

型号- SCT2A11,SCT2A10,SCT2280,SCT2360,SCT2230,SCT2A23A,SCT2431,SCT2632,SCT2433,SCT2480Q,SCT22C0,SCT2460Q,SCT9339,SCT2221,SCT2220,SCT2421,SCT2420,SCT9336,SCT2620,SCT2422,SCT9338,SCT2622,SCT2452Q,SCT2432Q,SCT2630A,SCT9331,SCT9332,SCT2630C,SCT2610A,SCT9330,SCT2251,SCT2650,SCT2331,SCT2451,SCT2330,SCT2330C,SCT2850,SCT2410,SCT9325,SCT2332,SCT2610,SCT2851,SCT2612,SCT2A20,SCT2220T,SCT2A22,SCT2A21,SCT2450Q,SCT2A23,SCT2A26,SCT2A25,SCT9320,SCT2A27,SCT9321,SCT2250,SCT2241,SCT2450C,SCT2361,SCT2240,SCT2260A,SCT2320,SCT2220H,SCT2321,SCT2400,SCT2323,SCT2260C,SCT2601,SCT2600,SCT2325,SCT2449,SCT2448,SCT2430Q

芯洲科技 - 商品及供应商介绍代理服务技术支持现货查询批量订货