开关电源输入滤波器配的阻抗匹张逸成,韦华,朱学军,姚勇涛,沈玉琢(同济大学电气工程系,上海200331)摘要:在设计和选用电源滤波器的过程中系统工程师发现,加了滤波器以后作用不大,甚至会发生某些频段的噪声变大。造成该现象的主要原因之一是电源滤波器的输出阻抗和开关电源输入阻抗之间相互匹配。分析了滤波器输出阻抗和开关电源输入阻抗匹配的原因,并给出了开关电源输入阻抗值的测量方法。关键词:电源滤波器;阻抗匹配;开关电源;插入损耗中图分类号:TN713文献标识码:A文章编号:100125531(2006)1220003204第一作者:张逸成(19512),男,教授,博士生导师,从事电动汽车电子电器及EMC的研究。StudyonImpedanceMatchofSwitchingPowerSupplyFilterZHANGYi2cheng,ZHUXue2jun,YAOYong2tao,WEIHua,(DepartmentofElectricalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200331,China)Abstract:Duringprocessofdesignandselectionofpowersupplyfilter,systemengineersfindthatsometime,theaddingofpowersupplyfilterhavenoproperrole,butevenmakemorenoiseatsomecriticalfrequencysection.Oneofthemainreasonsisthattheinputimpedanceoftheswitchingpowersupplymatcheswiththeoutputimpe2danceofthepowersupplyfilter.Andthereasonofabovementionedmatchingwasanalyzed,whilethemeasuringmethodoftheinputimpedancevalueoftheswitchingpowersupplywasgivenout.抗对电源滤波器性能的影响,以及确定负载端阻抗值范围的方法。0引言现代控制系统广泛使用商用开关电源模块供电。这些电源模块通常在标准规定的负载条件下能够通过电磁发射测试,而在实际工况下却往往不能通过测试。这时需要在电源模块输入端加上电源滤波器来减少噪声发射。电源滤波器的性能很大程度上取决于其端阻抗,即电源端差模、共模阻抗和负载端差模、共模阻抗。大多数厂商提供的滤波器性能指标是在电源端50Ω、负载端50Ω的情况下测出来的。而开关电源的阻抗值随频率变化而变化,实际值和50Ω相去甚远。特别在高频时,受电路中杂散参数的影响,阻抗值变化很大。本文主要针对电源滤波器的负载端阻抗(即1阻抗极大不匹配原理电源滤波器最主要的性能参数就是插入损耗,插入损耗又分为共模和差模插入损耗。插入损耗越大,表明该滤波器对干扰的抑制能力越强。插入损耗定义为U1L=20log(1)U2式中Lin———插入损耗(dB)U1———无电源滤波器时负载端的电压U2———加上电源滤波器之后负载端的电压电源滤波器的设计要求对干扰信号的插入损耗尽可能大。根据信号传输理论,滤波器输入3基金项目:国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(2005AA研究与分析时应遵循:①源内阻是高阻(低阻)的,滤波器输减共模/差模噪声。入阻抗就应该是低阻(高阻);②负载是高阻(低阻)的,则滤波器输出阻抗就应该是低阻(高阻)。噪声电压有两个传播途径:①从系统电源经电源滤波器到开关电源。电源滤波器输入源端的阻抗通常为25～100Ω。而且在做EMC传导测试时,滤波器输入端要端接线路阻抗稳定网络(LISN),将其阻抗稳定在50Ω来模拟实际运行工况。因此,只要做到电源滤波器的输入阻抗与50Ω极大不匹配,就能很好地抑制正向传输的噪声电压。②从开关电源经电源滤波器回馈到系统电源。负载端的开关电源工作在高开关频率会2.1共模阻抗对插入损耗的影响设Ucm为不加共模电感时在LISN输出端的1噪声电压测量值;Ucm为加上共模电感时LISN输2出端的噪声电压测量值。根据图1可得(2)Ucm1=RIScLISNcm+ZScmRZLISNcmScm(3)Ucm2=RISc+Z+ZLISNcmScmLcm将式(2)、(3)代入式(1),得R+Z+ZLISNcmScmLcm=20log(4)LincmRLISNcm+ZScmR+Z+ZLISNcmScmLcm若>1,则Lincm>0dB,RLISNcm+ZScm共模噪声电压得到衰减,而且插入损耗的大小也和阻抗值的匹配程度密切相关;RLISNcm+ZScm+ZLcm2开关电源阻抗对电源滤波器影响图1和图2分别为电源滤波器的差模、共模滤波电路等效示意图。图中:LISN的阻抗值为RLISN;开关电源模块的噪声源电流为IS;阻抗为ZS;IS在LISN两端产生的噪声电压为U。<1,则共模噪声可能会被RLISNcm+ZScm放大。2.2差模阻抗对插入损耗的影响设Udm为不加差模电容时在LISN输出端的1噪声电压测量值;Udm为加上差模电容时LISN输2...