直流电机伺服驱动开关电源的EMI滤波器设计
驱动系统,相对传统的通用型大功率电源有着明显的的技术优势,其多功能的技术特点,符合电机驱动电源系统的发展趋势。然而,随着电子设计、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及,电网噪声干扰日益严重并形成一种公害。特别是瞬态噪声干扰,其上升速度快、维持的时间短、电压振幅度高(几百伏至几千伏)、随机性强,尤其会对微机和
电磁干扰滤波器(EMIFilter)是近年来被推广应用的一种新型组合器件。它能有效地抑制电网噪声,提高伺服系统和电子设备的抗干扰的能力及系统的可靠性,可大范围的使用在电子测量仪器、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。本文介绍的就是一种直流电机EMI滤波器设计。
根据直流电机伺服驱动开关电源系统的特点,本设计中的EMI滤波器采用双级LC网络设计,双级LC网络插入开关电源电路中的位置如图1所示。
假定直流电源侧为低阻抗电压源US,DC/DC变换器输入端为高阻抗电流源i(t)。那么LC滤波器只能选择“Γ”型结构,最简单的双“Γ”型LC网络如图2所示。其频域传递函数为:
由于LC网络谐振时,会产生很大的电流(电压)峰值,这个网络有3个频率点的谐振峰值是必须限制,否则,会产生更大的EMI。限制这3个频率点的峰值是设计这个滤波器的主要指导思想。这3个频率点分别是:
由于LC网络谐振时,会产生很大的电流(压)峰值,这个网络有3个频率点的谐振峰值是必须限制,否则,会产生更大的EMI。限制这3个频率点的峰值是设计这个滤波器的主要指导思想。这3个频率点分别是:
(2) 由于滤波器负载侧(开关电流i(t)侧)谐波分量较大,C2应选一个大容量电容器。
例如:若开关电源开关频率f=50kHz,Us=24V,由上述参数选取原则,选取二组参数见表1。
EMI滤波器的主要技术参数有:标称电压、额定电流、漏电流、测试电压、绝缘电阻、直流电阻、使用温度范围、工作温升Tr、插入损耗AdB、外观尺寸、重量等。上述参数中最重要的是插入损耗(亦称插入衰减),它是评价电磁干扰滤波器性能优劣的主要指标。
插入损耗(AdB)是频率的函数,用dB表示。设电磁干扰滤波器插入前后传输到负载上的噪声功率分别为P1、P2,有公式:
假定负载阻抗在插入前后从始至终保持不变,则P1=V12/Z,P2=V22/Z。式中V1是噪声源直接加到负载上的电压,V2是在噪声源与负载之间插入电磁干扰滤波器后负载上的噪声电压,且V1
插入损耗用分贝(dB)表示,分贝值愈大,说明抑制噪声干扰的能力愈强。测量插入损耗的电路如图3所示。US是噪声信号发生器,Zi是信号源的内部阻抗,ZL是负载阻抗,一般取50Ω。噪声频率范围可选10kHZ~30MHz。首先要在不同频率下分别测出插入前后负载上的噪声压降V1、V2,再代入(11)式中计算出每个频率点的AdB值,最后绘出插入损耗曲线。
实验根据结果得出本文设计的LC双级滤波器具有滤波效果好、结构相对比较简单、价格实惠公道、实用性强等特点。