使用 REDEXPERT 进行 EMC 滤波器设计

作者：Gerhard Stelzer

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具
一键式 EMC 滤波器设计

产品的 EMC 认证充满挑战，但是不可避免，同时EMC 滤波器设计也绝非易事。全新的 REDEXPERT 滤波器设计工具简化了滤波器的设计过程，能够为您节省时间和金钱。

EMC（电磁兼容）认证通常是电子产品开发过程中最后一个必须克服的障碍。认证过程中，经常需要对特定电路或布线进行更改，这样会延长产品的开发周期，并提高成本。为此，伍尔特电子的“REDEXPERT”仿真平台加入了全新的“EMI 滤波器设计工具”，该工具可用于设计抑制传导差模噪音的滤波器。

典型应用是 DC/DC 转换电路的输入滤波器，尤其是会产生大量干扰的开关电源。用于滤除电路中宽带噪音的滤波器也可采用同样方式。滤波器设计的目标是在要求的频率范围内实现所需的插入损耗。通过尽可能失配负载和源端阻抗，可在所需频率范围内达到目标。此处插入损耗（公式 1 中的“a”）的定义是在同一个电路中，不带滤波器时的电压与带滤波器时的电压之比（图 1）。对于二阶 LC 滤波器，通常使用公式 2 计算截止频率 fC.

      　　   (1)
                    (2)

公式 2 的计算采用理想元器件，没有考虑电感的绕线电阻（Rdc) 和绕线电容，以及电容的等效串联电阻 (ESR) 和等效串联电感 (ESL) 等。

图1：包含噪音的电源（左）和负载（右）电路，(a)不带 EMI 滤波器，(b)带 EMI 滤波器。

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具可以在 30MHz 的频率范围内考虑这些寄生参数，使得仿真能够更准确地反映元器件的真实电气性能，以及高达四阶滤波器特性。

EMI 滤波器设计工具会根据输入的工作电压、电流、负载/LISN（线路阻抗稳定网络）、干扰源阻抗、截止频率和所需频段的衰减等参数来确定最合适的拓扑结构。

从二阶到四阶，共有 6 种拓扑结构可供选择：LC、CL、Pi (CLC)、T (LCL)、LC-LC 和 CL-CL。

在确定拓扑结构后，软件会计算出分立元件的值并仿真滤波器的增益频率响应、输入和输出阻抗。最后，工具提供总结页面，包括输入信息、推荐电路、带有排序功能的器件列表和频率响应。参数计算和器件自动选择根据巴特沃斯滤波器的极点进行确定。

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具应用实例

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具需在线使用，网址 www.we-online.com/filter-designer，适用于设计 AC/DC 和 DC/DC 等电路的输入和输出滤波器。该工具的目标是通过尽可能大的阻抗失配，实现噪音抑制。

用于 DC/DC 电路的输入滤波器

一个好的滤波器设计需要尽可能精确的规格输入。DC/DC转换电路在输入端通常都会并联大容量电容，因此可以采用电容的等效串联电阻（ESR）作为输入阻抗。ESR 值通常在 0.1Ω 到 1Ω 的范围内。

例如伍尔特电子的 WCAP-AS5H系列 865230557007 铝电解电容，其 ESR 值为 100mΩ。如果想要在 350kHz 处达到 35dB 衰减，该工具将推荐使用 CL 电路（图 2），元器件值为 C1 = 47.0pF、L1 = 240nH。图 3 展示了衰减、输入阻抗和输出阻抗的频率响应。

图2：REDEXPERT EMI 滤波器设计工具的起始界面，在该界面可以输入滤波器参数，然后工具会推荐合适的拓扑。


图3：滤波器元件选项，以及损耗、输入和输出阻抗的频率响应。

DC/DC电路输出滤波器

如今的 DC/DC 电路通常开关频率较高，因此需要一个输出滤波器来降低高频噪声和纹波。例如，假设输出电压在 1MHz 频率处有 50mV 的纹波分量，需要将其降低到 15mV。根据公式 3 可以计算出所需的衰减 dB (a)。

         (3)

在输入参数处输入“衰减 11dB”和“频率 1MHz”后，该工具会建议 L1 = 470nH 和 C1 = 220nF 的 LC 拓扑结构。

参考：

REDEXPERT EMI 滤波器设计工具：www.we-online.com/filter-designer

作者：

Gerhard Stelzer 曾在慕尼黑工业大学学习电气工程和信息技术，并获得了工学硕士学位。之后，他在西门子公司从事高速光通信技术的开发工作。1995 年，他加入了“Elektronik”杂志，从事技术新闻工作。Gerhard 从 2021 年开始担任伍尔特电子的高级技术编辑。