开关电源应用:CD电容与电阻对传导影响解析

对于开关电源,由于高速开关的原因,容易导致 EMI 问题。其中 EMI 传导的通常解决方法是在输入端添加π形滤波器,下图粉红色线框部分为π形滤波器电路。

开关电源应用:CD电容与电阻对传导影响解析

对于滤波器元器件的选择,CF、LF 为主要滤波器件,具体值可以通过公式进行计算得到(可参考《传导对策及 PCB 布线注意事项》);CD 一般取 CIN 的 2~4 倍,由于 CIN 电容一般选择较大,进而导致 CD 电容过大。在客户的角度上,这既增加了成本,又占用了大量 PCB 板空间。那么 CD 和 ESRD 是否是必须的呢?他们究竟能起到多大的作用?下面进行实验测试。

XL4301 测试

使用 XL4301 测试,VIN=12V/24V,输出设置为 5V,负载为 2.5Ω水泥电阻,测试标准为 EN55015。原理图如下:

开关电源应用:CD电容与电阻对传导影响解析
开关电源应用:CD电容与电阻对传导影响解析
开关电源应用:CD电容与电阻对传导影响解析

XL4015 传导测试

使用 XL4015 测试,VIN=12V,输出设置为 5V,负载为 1.76Ω水泥电阻,测试标准为 EN55015。原理图如下(相比于 XL4301,下图在输入端额外增加了 1 个共模电感,用于滤除频率较高的共模信号):

开关电源应用:CD电容与电阻对传导影响解析

L2、L3 短接,CD、CF1~CF3、R4 均未焊接(无滤波器件):

开关电源应用:CD电容与电阻对传导影响解析

无滤波器时,传导干扰很严重。

按照 4015 原理图,分别对比 CD、R4 和共模电感 L3 的作用:

开关电源应用:CD电容与电阻对传导影响解析

从上图可看出,CD 电容和 ESRD 对低频噪声有一定改善,但效果不是很明显;共模电感对高频噪声抑制效果明显。

总结: 1. CD 电容能起到一定作用,但通过良好的设计,只使用 LF 和 CF 也可以将 EMI 传导干扰衰减到理想的范围内;

2. 对于频率较高的干扰,如果π形滤波器无法滤除,可以尝试在输入端添加共模电感。由于频率较高,共模电感感量不需要很大,并且感量过大时,如果共模电感的两绕组感量差距较大,差模电流有可能导致其磁饱和,从而失去滤除共模信号的作用;

3. 传导干扰受 PCB 布线影响较大,具体请参考传导对策及 PCB 布线注意事项。

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