EMI滤波器的PSpice辅助设计

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EMI滤波器的Pspice辅助设计
开关电源会产生谐波含量丰富的开关噪声，从而对共用同一电源的其他设备产生干扰。这在汽车应用、长距离通信、工业测量等场合特别明显。为了消除这干扰，常需在输入电源和开关变换器间加入EMI滤波器。传统的EMI滤波器设计方法需要进行大量的计算，以确定合适的电抗元件参数，设计过程较繁琐。
! ~5 k; K, F2 IPSpice是业界公认的优秀仿真软件，它能对电路进行参数扫描和优化，通过多次反复计算，得出针对某变量的性能曲线，由性能曲线即可找到最佳参数值。因此，针对EMI滤波器设计需要大量、重复计算这一特点，使用Pspice辅助设计有助于优化电路参数，提高设计效率。
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, [, H+ y8 `6 @6 s8 O& U1 EMI滤波器的设计步骤
适用于开关电源的EMI滤波器通常应满足以下几个要求：
/ p% D; f! _3 p. h& J- a(1)反射纹波衰减特性：EMI滤波器提供的衰减必须能使输入电源的电流纹波系数达到要求水平；
, j1 [/ A1 F: m, S: l9 O( J3 |, e' j(2)阻抗特性：在变换器工作的频率范围内，变换器的输入阻抗必须远大于滤波器的输出阻抗，否则可能导致振荡；
: p* b3 x5 C: @6 `0 S# X(3)上电特性：在阶跃输入的情况下易产生浪涌电流。由于应力及熔断器定额的原因，EMI滤波器应具有一定的吸收浪涌电流的能力。

图1显示了应用于开关电源的EMI滤波器的设计流程。下面结合实例阐述使用PSpice设计的具体方法。假定有一Buck变换器(闭环)，输入电压Vin=100～120VDC，输出功率P=2．10 W，电源效率为93．75％，工作频率f=25 kHz。要求设计一个二阶EMI滤波器，使流过电源Vin的电流纹波小于20 mA。根据要求，采用PSpice辅助设计的二阶EMI滤波器的设计步骤如下：
* k% M: n! Q; O$ B2 V; p(1)计算开关电源的最小输入阻抗
: T) @8 h' j3 o2 b# @8 W* q( L在闭环系统中，不论电路工作在何种状态，反馈环路总是努力去保持电路的输出功率恒定。因此，从输入端看，开关变换器就像一个负电阻RN。当输入电压变化时，负电阻阻值发生变化。若在变换器前端加一EMI滤波器，由于负阻的影响，可能导致系统振荡。根据Middlebr ook的理论，若滤波器的输出阻抗Zfilter远小于RN，系统不发生振荡。
采用PSpice中模拟行为模型GVALUE建立负阻模型，使用网络传递函数分析语句，TF计算最小RN值。相应的SPICE语句为：GN 10 Value={75／Vin}。可得上述开关电源的最小输入阻抗RN=-39 Ω。
(2)计算输入电流的基波幅值和所需衰减
使用Pspice计算基波幅值有两种方法：
①通过．FOUR语句计算输入电流的基波分量；
②用电流探针测出电流波形，在Probe中直接进行快速傅里叶变换(FFT)，使用Toggle Cursor功能找出基波峰值点。
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