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LC低通濾波器的實際應用及計算

CHANBAEK ? 來源:頭條號新能源電子硬件設 ? 作者:頭條號新能源電子 ? 2023-03-29 11:55 ? 次閱讀

01 LC低通濾波器

前面提到過RC濾波器那么自然而然就存在LC濾波器,在汽車的電子控制器中幾乎每個控制器都會用到LC濾波器,特別是在電源輸入的地方可以獲得更好的EMI效果。

在控制器中我們常用的LC濾波器如下圖所示,圖1為二階LC低通濾波,圖2為3階低通濾波,且都常見于開關電源部分,其中L和C的取值于電源的工作頻率有較強的關系:

poYBAGQjtruAEM0oAABIBypWef8722.jpg

圖1

pYYBAGQjtryAXaawAABQ9KUKWes576.jpg

圖2

02 實際應用及計算

首先我們要知道LC低通濾波器的截止頻率(本文中取諧振頻率),我們以圖1為例:

poYBAGQjtryAWGkLAAADz0yCj2k575.jpg

pYYBAGQjtr2AK7QcAAAC44p6DgU529.jpg

f為諧振頻率,即在此時時LC電路發生諧振;

現以TI的LM5176為例(從官網隨機找的一顆芯片),用戶可以根據自己的芯片進行轉換。圖3為TI官方網站給出的一個典型的應用電路,但是通常情況下,如果直接按照datasheet中的典型電路去制作PCB,往往在EMC方面會有問題。我們可以發現在手冊中推薦的典型電路中在電源輸入部分并沒有EMC相關的考慮。

poYBAGQjtr6APgHDAAIaWm4gnX8263.jpg

圖3

現我們在A點插入我們前面提到的LC低通濾波器(我們以二階為例),首先查看該電源的開關頻率,從手冊中得知,fsw范圍如下

pYYBAGQjtr-AVr7kAAB3vCcnqg8099.jpg

所以我們通常在設計濾波器時會將截止頻率設置到175kHz以下。

03 設計方法

LC低通濾波器設計通常采用規一化定K型濾波器設計方法,定義以下變量:

fcut:待設計濾波器的截止頻率

fr:基準濾波器的截止頻率

Lr:為歸一化電感

Cr:為歸一化電容

Creal:為實際計算容值

Lreal:為實際計算電感值

通常為了獲得更好的抑制效果,我們會將截止頻率設置的盡量低,比如設置fcut=50kHz,這里我們直接用mathcad進行計算。

poYBAGQjtsCAbJMgAADmQPwGD_U939.jpg

最終計算結果如下,根據實際的容值進行調整:

Lreal=3.1uH

Creal=3.1Uf

如下圖4、圖5對計算結果參數進行仿真在頻率為175kHz時濾波器可以衰減接近

-20dB

pYYBAGQjtsGAebUHAADHnEYbS_A935.jpg

圖4

poYBAGQjtsGAKXN5AADAEa1A2kA455.jpg

圖5

以上針對LC濾波器在DCDC中的應用做了一個簡要分析,謝謝。

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