通过设计合适的输入滤波器减小DCDC转换器的传导噪声-第二部分

时间：2022-03-01 09:00:02

关键字：输入滤波器 DCDC

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[导读]现在就以DC/DC 转换器为例，DC/DC 转换器的输入电容器使用的是 MLCC。此时，虽然 MLCC 有较低的 ESR，输入纹波电压还是达到了 68mV。由于该纹波电压的影响，产生了差模噪声，在 DC/DC 转换器的输入端产生了传导噪声。

1. 前言

现在就以DC/DC 转换器为例，DC/DC 转换器的输入电容器使用的是 MLCC。此时，虽然 MLCC 有较低的 ESR，输入纹波电压还是达到了 68mV。由于该纹波电压的影响，产生了差模噪声，在 DC/DC 转换器的输入端产生了传导噪声。

DC/DC转换器的系统一定会有噪声，虽然没有一个专门的标准限制，但是整体上必须符合EMC的规定。板载DC/DC制造商在产品中至少包含一个并联输入电容，因此噪声通常都在可以接受的范围之内。在应用中如果需要更低标准的干扰电平，制造商通常会建议在外部添加一个L-C滤波器以降低DM噪声。

2. 减小传导噪声

为了通过电磁兼容性（EMC）测试，减小 DC/DC 转换器的传导噪声，需要使用输入滤波器。图 3 是具有上述输入滤波器的 DC/DC 转换器的传导噪声被抑制的结果。

图 3：使用输入滤波器时 DC/DC 转换器的传导噪声工作条件和上述一样，没有使用扩频功能，DC/DC 转换器工作在恒定 PWM 模式。平均噪声（AV）和峰值噪声（PK）的噪声水平，在全频段内都有所降低，在允许限值范围以内。输入滤波器的主要目的，是抑制从前段电源传导过来的噪声和浪涌，以及减少开关频率及其高次谐波频率所产生的干扰信号，防止对与该电源相连接的其他器件产生不良影响。一般来说，会使用如图 4 所示的π型输入滤波器，对输入电流进行滤波。这样可以减小 AC 电压纹波的振幅，将传导噪声抑制到可接受的较低的水平。

3. 输入滤波器的设计

输入滤波器设计的第一步，是将用于减小 AC 振幅的电容器连接到 DC/DC 转换器 IC 的输入端。此电容器的作用是高通滤波器旁路电容。后续称该电容为 CF1。此时，该输入电容器可以选择使用 MLCC。 MLCC 的 ESR 非常小可以忽略，因此高频电压可以通过低阻抗接地而很快被短路泄放掉。 AC 纹波的频率相同。旁路滤波电容的容值，需要选择为使得电容器自身谐振频率和 DC/DC 转换器 IC 的开关频率相近。

该滤波器可减少由变压器传输功率时引起的脉冲输出纹波。输出电容需要吸收每个开关周期产生的脉冲电流。在功率传输周期的间隙时间，输出电容必须给负载提供能量。输出电容上的电压随着每个开关周期上升和下降，因而具有锯齿波形状的图表特征。

MLCC 的阻抗特性是在自身谐振频率（SRF）处，ESR 为最小。为了将 AC 噪声通过低阻抗接地，需要选择低 ESR 的 MLCC。当使用开关频率工作在 2.2MHz 的 BD9Pxx5xx 等 DC/DC 转换器 IC 时，如图所示，推荐使用 EIA0805 封装大小的 4.7 µF MLCC

作为旁路滤波电容。

之后，再配置滤波电感（后续称作 LF）和滤波电容 CF2，就可以形成 LC 滤波器。LC 滤波器输入端的噪声经过 LC 滤波器后在其输出端，可以得到 40 dB /decade 的削减。

为了减小 DC/DC 转换器所产生的噪声，需要将 LC 滤波器的截止频率按照开关频率的 1/10 进行最优化设置。截止频率 fCf 的计算公式如式（1）所示。

滤波电感通常是输入滤波器中最贵的元件。为了降低 BOM成本，可以选择 10uH 等低感量的电感。为了通过使用滤波电感来实现较高的噪声衰减能力，推荐滤波电感的感量小于滤波电容的静电容量。感量越大，SRF 越小。例如选择自身谐振频率大约是 30 MHz 的

电感，实际设计时一般选择最大感量小于 10μH 的滤波电感。 60〜400 KHz 的低开关频率范围，适合使用金属复合型电感。对于 1MHz 以上的较高开关频率，推荐使用铁氧体型电感。当实际电流超过滤波电感的额定电流时，可能会对电感线圈造成损害。为了不对 DC/DC 转换器的效率产生影响，推荐使用等效串联电阻(RDC)较小的电感。