一鍵式 EMC 濾波器設計

產(chǎn)品的 EMC 認證充滿挑戰(zhàn)，但是不可避免，同時EMC 濾波器設計也絕非易事。全新的 REDEXPERT 濾波器設計工具簡化了濾波器的設計過程，能夠為您節(jié)省時間和金錢。

EMC（電磁兼容）認證通常是電子產(chǎn)品開發(fā)過程中最后一個必須克服的障礙。認證過程中，經(jīng)常需要對特定電路或布線進行更改，這樣會延長產(chǎn)品的開發(fā)周期，并提高成本。為此，伍爾特電子的“REDEXPERT”仿真平臺加入了全新的“EMI 濾波器設計工具”，該工具可用于設計抑制傳導差模噪音的濾波器。

典型應用是 DC/DC 轉(zhuǎn)換電路的輸入濾波器，尤其是會產(chǎn)生大量干擾的開關電源。用于濾除電路中寬帶噪音的濾波器也可采用同樣方式。濾波器設計的目標是在要求的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)所需的插入損耗。通過盡可能失配負載和源端阻抗，可在所需頻率范圍內(nèi)達到目標。此處插入損耗（公式 1 中的“a”）的定義是在同一個電路中，不帶濾波器時的電壓與帶濾波器時的電壓之比（圖 1）。對于二階 LC 濾波器，通常使用公式 2 計算截止頻率 fC.

公式 2 的計算采用理想元器件，沒有考慮電感的繞線電阻（Rdc) 和繞線電容，以及電容的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 和等效串聯(lián)電感 (ESL) 等。

REDEXPERT EMI 濾波器設計工具

REDEXPERT EMI 濾波器設計工具可以在 30MHz 的頻率范圍內(nèi)考慮這些寄生參數(shù)，使得仿真能夠更準確地反映元器件的真實電氣性能，以及高達四階濾波器特性。

EMI 濾波器設計工具會根據(jù)輸入的工作電壓、電流、負載/LISN（線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡）、干擾源阻抗、截止頻率和所需頻段的衰減等參數(shù)來確定最合適的拓撲結構。

從二階到四階，共有 6 種拓撲結構可供選擇：LC、CL、Pi (CLC)、T (LCL)、LC-LC 和 CL-CL。

在確定拓撲結構后，軟件會計算出分立元件的值并仿真濾波器的增益頻率響應、輸入和輸出阻抗。最后，工具提供總結頁面，包括輸入信息、推薦電路、帶有排序功能的器件列表和頻率響應。參數(shù)計算和器件自動選擇根據(jù)巴特沃斯濾波器的極點進行確定。

REDEXPERT EMI 濾波器設計工具應用實例

REDEXPERT EMI 濾波器設計工具需在線使用，網(wǎng)址 www.we-online.com/filter-designer，適用于設計 AC/DC 和 DC/DC 等電路的輸入和輸出濾波器。該工具的目標是通過盡可能大的阻抗失配，實現(xiàn)噪音抑制。

用于 DC/DC 電路的輸入濾波器

一個好的濾波器設計需要盡可能精確的規(guī)格輸入。DC/DC轉(zhuǎn)換電路在輸入端通常都會并聯(lián)大容量電容，因此可以采用電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）作為輸入阻抗。ESR 值通常在 0.1Ω 到 1Ω 的范圍內(nèi)。

例如伍爾特電子的 WCAP-AS5H系列 865230557007 鋁電解電容，其 ESR 值為 100mΩ。如果想要在 350kHz 處達到 35dB 衰減，該工具將推薦使用 CL 電路（圖 2），元器件值為 C1 = 47.0pF、L1 = 240nH。圖 3 展示了衰減、輸入阻抗和輸出阻抗的頻率響應。

DC/DC電路輸出濾波器

如今的 DC/DC 電路通常開關頻率較高，因此需要一個輸出濾波器來降低高頻噪聲和紋波。例如，假設輸出電壓在 1MHz 頻率處有 50mV 的紋波分量，需要將其降低到 15mV。根據(jù)公式 3 可以計算出所需的衰減dB (a)。

在輸入?yún)?shù)處輸入“衰減 11dB”和“頻率 1MHz”后，該工具會建議 L1 = 470nH 和 C1 = 220nF 的 LC 拓撲結構。

參考：

REDEXPERT EMI 濾波器設計工具：www.we-online.com/filter-designer

作者：

Gerhard Stelzer 曾在慕尼黑工業(yè)大學學習電氣工程和信息技術，并獲得了工學碩士學位。之后，他在西門子公司從事高速光通信技術的開發(fā)工作。1995 年，他加入了“Elektronik”雜志，從事技術新聞工作。Gerhard 從 2021 年開始擔任伍爾特電子的高級技術編輯。

圖1：包含噪音的電源（左）和負載（右）電路，(a)不帶 EMI 濾波器，(b)帶 EMI 濾波器。

圖2：REDEXPERT EMI 濾波器設計工具的起始界面，在該界面可以輸入濾波器參數(shù)，然后工具會推薦合適的拓撲。

圖3：濾波器元件選項，以及損耗、輸入和輸出阻抗的頻率響應。

圖 1a

圖 1b

圖 2

圖 3