01 LC低通滤波器
前面提到过RC滤波器那么自然而然就存在LC滤波器,在汽车的电子控制器中几乎每个控制器都会用到LC滤波器,特别是在电源输入的地方可以获得更好的EMI效果。
在控制器中我们常用的LC滤波器如下图所示,图1为二阶LC低通滤波,图2为3阶低通滤波,且都常见于开关电源部分,其中L和C的取值于电源的工作频率有较强的关系:
图1
图2
02 实际应用及计算
首先我们要知道LC低通滤波器的截止频率(本文中取谐振频率),我们以图1为例:
f为谐振频率,即在此时时LC电路发生谐振;
现以TI的LM5176为例(从官网随机找的一颗芯片),用户可以根据自己的芯片进行转换。图3为TI官方网站给出的一个典型的应用电路,但是通常情况下,如果直接按照datasheet中的典型电路去制作PCB,往往在EMC方面会有问题。我们可以发现在手册中推荐的典型电路中在电源输入部分并没有EMC相关的考虑。
图3
现我们在A点插入我们前面提到的LC低通滤波器(我们以二阶为例),首先查看该电源的开关频率,从手册中得知,fsw范围如下
所以我们通常在设计滤波器时会将截止频率设置到175kHz以下。
03 设计方法
LC低通滤波器设计通常采用规一化定K型滤波器设计方法,定义以下变量:
fcut:待设计滤波器的截止频率
fr:基准滤波器的截止频率
Lr:为归一化电感
Cr:为归一化电容
Creal:为实际计算容值
Lreal:为实际计算电感值
通常为了获得更好的抑制效果,我们会将截止频率设置的尽量低,比如设置fcut=50kHz,这里我们直接用mathcad进行计算。
最终计算结果如下,根据实际的容值进行调整:
Lreal=3.1uH
Creal=3.1Uf
如下图4、图5对计算结果参数进行仿真在频率为175kHz时滤波器可以衰减接近
-20dB
图4
图5
以上针对LC滤波器在DCDC中的应用做了一个简要分析,谢谢。
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