LC低通滤波器设计(LC低通滤波器原理及设计方法)

一、LC低通滤波器

如上所述,RC滤波器自然存在,汽车电子控制器中几乎每个控制器都会使用LC滤波器,尤其是电源输入的地方,可以获得更好的EMI效果。

下图显示了控制器中常用的LC滤波器。图1显示了二阶LC低通滤波,图2显示了三阶LC低通滤波,两者在开关电源中都很常见。L和C的值与电源的工作频率密切相关:

二、实际应用计算

首先,我们需要知道LC低通滤波器的截止频率(本文中的谐振频率)。让我们以图1为例:

LC电路谐振;

现在以TI的LM5176为例(从官网随机找的一款芯片),用户可以根据自己的芯片进行转换。图3是TI官网给出的典型应用电路。但一般来说,如果直接按照数据手册中的典型电路制作PCB,往往会在EMC方面出现问题。我们可以发现手册中推荐的典型电路的电源输入部分并没有EMC相关的考虑。

现在我们在A点插入前面提到的LC低通滤波器(我们以二阶为例)。首先,我们检查电源的开关频率。从手册中,我们知道fsw范围如下。

所以我们在设计滤波器的时候一般会把截止频率设置在175kHz以下。

三、设计方法

LC低通滤波器的设计通常采用归一化K型滤波器的设计方法,并定义以下变量:

Fcut:待设计滤波器的截止频率。

Fr:参考滤波器的截止频率

Lr:归一化电感。

Cr:归一化电容。

Creal:计算实际值的容量。

Lreal:计算实际情况的电感值。

通常为了获得更好的抑制效果,我们会将截止频率设置得越低越好,比如设置fcut=50kHz,这里我们直接用mathcad进行计算。

最终计算结果如下,根据实际容量值进行调整:

Lreal=3.1uH

Creal=3.1Uf

如下图所示4、图5模拟计算结果的参数。当频率为175kHz时,滤波器可衰减近-20dB。

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