功率变换器噪声滤波器指定电感

在开关模式功率变换器的输入和输出中通常加入电感电容滤波器，以减少反射纹波电流和输出噪声，并满足EMC的辐射和磁化率限制。转换器制造商有时会指定推荐的滤波器电感值，但在全频率范围内，对于具有相同名义特性的部件，不同的部件供应商之间的性能可能会有很大差异，从而导致结果不佳，传导和辐射干扰增加。本文研究了电感性能的变化。

LC滤波器降低输出噪声

任何商业功率转换器将包括最小的内部滤波，以减少纹波和噪音，以典型的峰值峰值约1%的直流输出。在大多数情况下，这是可以接受的，但是如果敏感的应用程序需要更低的级别，一个简单的解决方案。

理论上，直流时电感阻抗为零，电容阻抗为无穷大，因此所需直流不受影响。然而，随着频率的增加，电感阻抗ZL增大，电容阻抗ZC减小，从而产生了“分压器”效应。选择滤波器角频率可以降低变换器开关频率的纹波，但噪声尖峰的衰减更难预测，噪声尖峰的衰减频率高达几十MHz。其原因是，在一定频率下，当ZL和ZC的值相等时，LC网络“共振”，噪声可以放大而不是衰减，尽管这种影响被负载电阻所抑制。

在共振以上，仍然存在一定的噪声衰减，但其它寄生效应开始出现。

电感寄生效应对噪声衰减性能的影响

LLOSS1和2以及RLOSS1和2是一种简单的方法，可以将频率相关的核心损耗的影响包括在电路中--不同的LLOSS值给出不同的阻抗，从而允许不同的电阻元件RLOSS1和2在不同的频率上产生影响。可以增加更多的LLOSS/RLOSS网络来使模型更加精确，但是元件值很难从电感数据表信息中计算出来，因此对于一个完整的特定电感和磁芯模型来说，值是经验性的。图1显示了在L和C及其寄生分量的一些假设值中包含的带或不带lose/RLOSS网络的滤波器的衰减模拟图，表明核心损耗对高频噪声衰减有很强的影响--在这种情况下，在10MHz左右有20dB的差。不幸的是，核心损耗没有出现在典型的电感数据表中，而且变化可能很大。

图1 考虑磁芯损耗的LC滤波器的衰减

输入EMC滤波器元件选择

在DC-DC变换器输入端为EMC滤波器选择商用电感时，电感制造商的数据表信息通常只给出电感、直流电阻和有时谐振频率。虽然这可能会使反射的输入纹波衰减一个已知的量，但如果没有数据来定义寄生成分，噪声尖峰及其频谱的衰减是不容易预测的。从输出滤波器的分析可以看出，高频效应，如铁芯损耗等，对噪声衰减又有很大的影响。这是可以理解的，因为电感制造商没有提供信息，因为有这么多的变量。例如，磁芯损耗取决于波形的交流分量的幅值及其形状。它还取决于频率，直流电流偏置和温度。

因此，选择最佳感应器是困难的，在最坏的情况下，可能导致传导和辐射噪声水平超过操作，甚至法定的限制。只有当最终产品提交给独立的EMC测试时，才会发现这种情况，此时更改的实现成本非常高。

如果有合适的测试设备，甚至可能包括天线和EMC室，则可以尝试使用来自不同供应商的具有相同标题等级的电感样本来检查实际结果。较大的电感值似乎是个好主意，但谐振频率较低，物理上较小的元件很可能会产生较高的直流电阻，这将导致电压降，这取决于变换器负载和功率消耗。大电感也有较大的自电容，这降低了高频衰减.最后一个考虑因素是，当受到负载电流步骤的影响时，大电感本身会导致电压峰值。较小的电感，但较大的电容是一种选择，但如果采用电解类型，由于成本和尺寸的原因，它将不会有很好的高频特性。其他类型，如陶瓷，是好的高频，但昂贵和大的高电容值。

L和C的正确组合是受成本、大小和性能考虑的妥协。当电感被选择时，市场上有一个混乱的类型可供选择。有铁氧体和铁粉芯类型和一些奇异的选择，如多晶芯，然后有鼓，环和‘E’铁芯形状，以及通过孔或SMD安装方案也可能影响性能。买方也会看到非常不同的价格，似乎有相同的标题规格电感和电流评级。

提供的每个电感将适合特定的应用。铁氧体类型的损耗最低，但材料比铁粉贵。铁粉也更耐过流，比铁氧体保持更好的电感.“环形”或“环形”磁芯具有较低的磁场泄漏，但比滚筒或“筒管”磁芯更难风和终止。因此，设计、生产、EMC、采购和工艺工程师都需要参与挑选最佳解决方案。

由转换器制造商验证的解决方案优先考虑。

一家AC-DC和DC-DC转换器制造商RECOM已经认识到指定正确电感的困难，并提供了一系列低成本的电感和推荐的电容器，这些电感和电容器已经与其大部分功率转换器相匹配，并通过在其内部EMC室进行和辐射噪声测量来验证测试结果。客户可以通过一种行之有效的一站式解决方案来降低噪音，节省时间，节省资金，并有可能更快地进入市场。

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