DC-DC 学习笔记-8: 开关电源输入滤波电路


在开关电源的设计中,常常需要来考虑输入滤波器的设计,其作用主要是提供对输入端电流在开关频率及其谐波处的分量的衰减,以减小开关电源的电磁干扰(EMI:Electro-Magnetic Interference)问题。

输入滤波电路带来的主要问题是,新增的输入滤波器会导致原本的DC-DC变换器的特性的改变,我们可以从下面的LC输入滤波结构的buck变换器来简单了解。

LC输入滤波结构的buck变换器

在之前的分析中我们看到, DC-DC变换器的环路增益包含开关功率级的控制到输出的传输函数Gvd(s)。在之前计算Gvd(s)时,输入的小信号电压vg被短路,使得左侧的小信号电流源不再作用;但是在考虑输入滤波器之后,显然这一小信号电流会通过滤波器的输出阻抗作用到输出端,使得Gvd(s)的频率特性发生改变,从而影响整个开关电源的特性。

根据Middlebrook的Extra-Element理论,加上输入滤波器后的Gvd(s)与未加输入滤波电路的Gvd(s)有如下关系:

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右侧的分式也称为校正因子,其中的Zo(s)为输入滤波器的输出阻抗,ZN(s)为小信号控制信号d为零时主功率级电路的输入阻抗,ZD(s)为小信号控制信号d使得输出小信号电压为零时的主功率级电路的输入阻抗。

要使输入滤波电路不对Gvd(s)特性有显著影响,需要满足:

|Zo(s)|<<|ZN(s)|, |Zo(s)|<<|ZD(s)|

同样的,要使的系统的输出阻抗不受其影响,也需要满足:

|Zo(s)|<<|Ze(s)|, 其中Ze(s)为将变换器输出电压短接时的输入阻抗

设计中常见的输入滤波电路的结构:

Rf-Cb damping的结构,Rf提供damping,Cb作为dc-blocking

Rf-Cb damping结构的输入滤波器

Rf-Lb damping的结构,Rf提供damping,Lb作为high-frequency blocking,使得系统高频仍是-40dB/dec的频率响应

Rf-Lb damping结构的输入滤波器

Rf-Lb damping的结构,Rf提供damping,Lb作为dc current bypass

另一种Rf-Lb damping结构的输入滤波器


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