通過設(shè)計(jì)合適的輸入濾波器減小DCDC轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)噪聲-第二部分

1. 前言

現(xiàn)在就以DC/DC 轉(zhuǎn)換器為例，DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入電容器使用的是 MLCC。此時(shí)， 雖然 MLCC 有較低的 ESR，輸入紋波電壓還是達(dá)到了 68mV。由于 該紋波電壓的影響，產(chǎn)生了差模噪聲，在 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入 端產(chǎn)生了傳導(dǎo)噪聲。

DC/DC轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)一定會(huì)有噪聲，雖然沒有一個(gè)專門的標(biāo)準(zhǔn)限制，但是整體上必須符合EMC的規(guī)定。板載DC/DC制造商在產(chǎn)品中至少包含一個(gè)并聯(lián)輸入電容，因此噪聲通常都在可以接受的范圍之內(nèi)。在應(yīng)用中如果需要更低標(biāo)準(zhǔn)的干擾電平，制造商通常會(huì)建議在外部添加一個(gè)L-C濾波器以降低DM噪聲。

2. 減小傳導(dǎo)噪聲

為了通過電磁兼容性（EMC）測(cè)試，減小 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)噪 聲，需要使用輸入濾波器。圖 3 是具有上述輸入濾波器的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)噪聲被抑制的結(jié)果。

圖 3：使用輸入濾波器時(shí) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)噪聲 工作條件和上述一樣，沒有使用擴(kuò)頻功能，DC/DC 轉(zhuǎn)換器工作在 恒定 PWM 模式。 平均噪聲（AV）和峰值噪聲（PK）的噪聲水平，在全頻段內(nèi)都有 所降低，在允許限值范圍以內(nèi)。 輸入濾波器的主要目的，是抑制從前段電源傳導(dǎo)過來的噪聲和 浪涌，以及減少開關(guān)頻率及其高次諧波頻率所產(chǎn)生的干擾信號(hào)， 防止對(duì)與該電源相連接的其他器件產(chǎn)生不良影響。 一般來說，會(huì)使用如圖 4 所示的π型輸入濾波器，對(duì)輸入電流 進(jìn)行濾波。這樣可以減小 AC 電壓紋波的振幅，將傳導(dǎo)噪聲抑制 到可接受的較低的水平。

3. 輸入濾波器的設(shè)計(jì)

輸入濾波器設(shè)計(jì)的第一步，是將用于減小 AC 振幅的電容器連接 到 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 IC 的輸入端。此電容器的作用是高通濾波器旁 路電容。后續(xù)稱該電容為 CF1。 此時(shí)，該輸入電容器可以選擇使用 MLCC。 MLCC 的 ESR 非常小 可以忽略，因此高頻電壓可以通過低阻抗接地而很快被短路泄 放掉。 AC 紋波的頻率相同。旁路濾波電容的容值，需要選擇為 使得電容器自身諧振頻率和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 IC 的開關(guān)頻率相近。

該濾波器可減少由變壓器傳輸功率時(shí)引起的脈沖輸出紋波。輸出電容需要吸收每個(gè)開關(guān)周期產(chǎn)生的脈沖電流。在功率傳輸周期的間隙時(shí)間，輸出電容必須給負(fù)載提供能量。輸出電容上的電壓隨著每個(gè)開關(guān)周期上升和下降，因而具有鋸齒波形狀的圖表特征。

MLCC 的阻抗特性是在自身諧振頻率（SRF）處，ESR 為最小。為 了將 AC 噪聲通過低阻抗接地，需要選擇低 ESR 的 MLCC。 當(dāng)使用開關(guān)頻率工作在 2.2MHz 的 BD9Pxx5xx 等 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 IC 時(shí)，如圖 所示，推薦使用 EIA0805 封裝大小的 4.7 μF MLCC

作為旁路濾波電容。

之后，再配置濾波電感（后續(xù)稱作 LF）和濾波電容 CF2，就可以 形成 LC 濾波器。LC 濾波器輸入端的噪聲經(jīng)過 LC 濾波器后在其 輸出端，可以得到 40 dB /decade 的削減。

為了減小 DC/DC 轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的噪聲，需要將 LC 濾波器的截止 頻率按照開關(guān)頻率的 1/10 進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)置。截止頻率 fCf 的計(jì) 算公式如式（1）所示。

濾波電感通常是輸入濾波器中最貴的元件。為了降低 BOM成本， 可以選擇 10uH 等低感量的電感。為了通過使用濾波電感來實(shí)現(xiàn) 較高的噪聲衰減能力，推薦濾波電感的感量小于濾波電容的靜 電容量。 感量越大，SRF 越小。例如選擇自身諧振頻率大約是 30 MHz 的

電感，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)一般選擇最大感量小于 10μH 的濾波電感。 60?400 KHz 的低開關(guān)頻率范圍，適合使用金屬?gòu)?fù)合型電感。對(duì) 于 1MHz 以上的較高開關(guān)頻率，推薦使用鐵氧體型電感。 當(dāng)實(shí)際電流超過濾波電感的額定電流時(shí)，可能會(huì)對(duì)電感線圈造 成損害。為了不對(duì) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的效率產(chǎn)生影響，推薦使用等 效串聯(lián)電阻(RDC)較小的電感。

4. 輸入濾波器的位置

為了保證所期望的特性，需要將輸入濾波器盡量靠近 DC/DC 轉(zhuǎn) 換器的輸入端進(jìn)行配置。

當(dāng)由于基板條件制約，輸入濾波器被配置得較遠(yuǎn)時(shí)，電源走線可 能在輸入濾波器和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器之間形成高頻天線。該電源走 線和外殼之間又通過寄生電容耦合，產(chǎn)生共模噪聲，有可能形成 輻射噪聲。 從另一個(gè)角度看，電源走線的寄生感量和如圖 2 所示的陶瓷電

容 CF1 連動(dòng)形成 LC 濾波器，這樣可以將紋波電壓降到一定的低 值，但是不足以將傳導(dǎo)噪聲減小到所要求的限值以內(nèi)。