滤波器设计完全剖析.docVIP

本文由【中文word文档库】 搜集整理。中文word文档库免费提供海量教学资料、行业资料、范文模板、应用文书、考试学习和社会经济等word文档 滤波器设计完全剖析 滤波器设计完全剖析吴志钰 .tw/serial/2002-4-193/m19216.html 工程师的梦靥︰电磁干扰与噪声 由于科技的迅速发展，使得各种行业都需要使用到精密的电子设备。配合使用场合之需要，需数种设备共同使用同一台电源供应设备，因而导致电路间互相干扰之问题。其中尤以电磁干扰（Electromagnetic Interference, EMI）及噪声（Noise）的问题最令工程师感到困扰。1970年代早期，半导体装置及电力电子技术开始蓬勃发展，导致电源供应器由传统的线性系统急遽转变为切换式电源供应器。切换式电源供应设备之动作原理一般为对功率晶体管等开关组件做关闭、开启之切换行为。而此开关组件在切换瞬间出现的大电压或大电流即是产生高频噪声的主要原因。EMI干扰。本方法仅需少数组件即可达成所需之滤波效果，且组件值之计算容易，让工程师在设计滤波器时，可减少其时间及金钱上的花费。Electromagnetic Interference）。由于切换式转换器电压及电流的瞬间快速变化，使其本身成为一主要电磁干扰源，这不仅会使其它与其使用相同电源的设备产生不良影响，同时也容易使自身的操作出现误差动作。一般而言，任何流经电源线（Line）与中性线（Neutral）的噪声电流均可分为共模（Common Mode）成分与差模（Difference Mode）成分。其中共模噪声电流是指以相同振幅及相位的形式流经L、接地（Ground）及N、G的噪声电流，因此亦可称为非对称型式的噪声电流（Asymmetrical-mode noise current）。而差模噪声电流是指以相同振幅但相位相差180度的形式流经L、N而不经接地线的噪声电流，因此亦可称为对称型式的噪声电流（Symmetrical-mode noise current）。这两种形式的噪声普遍的存在于输入或输出线中，任何滤波器之设计均需考虑两者，图1为在电路中共模噪声及差模噪声路径示意图。ON/OFF反复变化，将输入电压经过整流滤波后所得到之直流电压以一定的频率切换，再将其结果加以滤波，即可得一固定的输出电压。其主要目的是在已知的输入电压下，藉由功率开关的导通与截止动作来控制输出电压的大小，在固定的切换频率（fs=1/Ts=1/(ton+toff)）下，输出电压的平均值可藉由ton和toff的大小来决定，此种控制方式也就是所谓的脉波宽度调变切换。VC和连续性的锯齿波Vst经由比较器而产生，控制电压VC为误差放大器的输出，其值可由参考电压Vref和实际输出电压Vo比较后的差值来控制。连续性锯齿波电压为一固定切换频率之波形，在一般的脉冲宽度调变切换控制下，其切换频率为10KHz～200KHz。当误差放大器的控制电压VC大于连续性锯齿波Vst时 VC小于连续性锯齿波Vst时，控制开关讯号为低电位，使功率晶体管呈截止状态，图2(a)为脉冲宽度调变切换控制功能方块示意图，图2(b)为脉冲宽度调变切换控制之相关波形图。3为一返驰切换式电源供应器电路图。这个电路是利用AIC3842来做脉冲宽度调变控制，RT、CT会提供一连续性三角波并与VREF做比较，比较过后的输出电压可用来切换晶体管UFN833，藉由晶体管的ON、OFF使变压器一次侧电压产生正负极性变化的动作，此时二次侧整流器会有顺偏、逆偏的动作，而使输出电压产生震荡，经过电容器的滤波后可得到一稳定的输出电压。4为本文所使用之π型电磁干扰滤波器架构。图中包括了CM电感、DM电感、X电容及Y电容各两个以及一个泄放电阻。以下将分别针对共模及差模噪声之产生，将其简化成共模及差模等效电路。CM等效电路4的电路简化成共模等效电路只需将X电容去掉，并以接地点为中性线将电路对折，此时电感值变为一半，而电容值由于并联的关系变成两倍，其等效电路简化流程如图5所示。DM等效电路4的电路简化成差模等效电路只需将Y电容的接地拿掉，此时Y电容的值变成1/2倍，而共模电感LC以漏电感代替（这是因为共模电感在差模时只有其漏电感有作用），并将差模电感拿到一边，其等效电感量变为原来的两倍，其等效电路流程如图6所示。利用量得的噪声大小来计算其所需的衰减量（VATT）VATT=VACT-Vlimit(dB)?? （1）VACT：实际所量测的噪声值Vlimit：法规之限制值计算其转折频率40dB/decade来计算 fR）为2）fnoise为需要衰减的噪声频率计算滤波器组件值#8231;共模滤波组件Ig的限制），进而求出CY电容的大小，其值可由下式计算得到3）V：Y电容之耐电压f：电源线之频率#8231;差模滤波组件Lc