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衛(wèi)星電源DC/DC模塊輸入濾波器的設計

作者: 時間:2010-05-03 來源:網絡 收藏

作為的“心臟”,的可靠性要求很高。系統(tǒng)中的主要負責將輸出的42V直流電壓轉換成其他等級的直流電壓,以滿足不同設備的用電需求。有兩個主要功能:一是阻止產生的電磁干擾沿電力線傳導以影響其他設備;二是阻止電力線上的高頻電壓傳到DC/DC模塊的輸出端。LC無源具有上述兩種功能。本目標是在的體積和成本之間達到平衡。

無阻尼LC濾波器
圖1所示為無阻尼LC無源濾波器。理想情況下,一個二階濾波器在諧振頻率f0后每倍頻衰減12dB。其在f0之前沒有增益,在諧振頻率f0處增益達到峰值。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/180878.htm


(1)

圖1 無阻尼LC濾波器


二階濾波器在上的一個關鍵因素是頻率f0處的衰減特性。諧振頻率處的增益非常大,同時也放大了該頻率處的噪聲。通過分析濾波器的傳遞函數可以更好地理解問題的本質。其傳遞函數為
(2)
傳遞函數也可用弧度來表示:
(3)
其中,,以弧度表示的諧振頻率;是阻尼因子。


該傳遞函數有兩個負的極點,阻尼因子ζ表示該角頻率處的增益。當ζ1時,兩極點為復數,虛部使增益在諧振頻率處達到峰值。

圖2 不同阻尼因子時LC濾波器的傳遞函數


阻尼因子越小,諧振頻率處增益越大,達到理想零阻尼時增益為無窮大。然而,元器件的內阻限制了增益達到最大值。在此,阻尼因子就像一個虛擬元件,妨礙增益達到峰值。


濾波器中,阻尼因子和系統(tǒng)性能關系很大,阻尼因子會影響反饋控制回路的傳遞函數,也會在開關輸出端引起振蕩。


Middlebrook附加元素法則指出:如果濾波器的輸出阻抗曲線遠低于變換器的輸入阻抗曲線,輸入濾波器就不能明顯改變變換器的閉環(huán)增益。換句話說,保持濾波器的輸出阻抗峰值低于變換器的輸入阻抗非常重要,因為這樣能避免產生振蕩(見圖3)。

圖3 濾波器輸出阻抗和開關電源輸入阻抗


從設計觀點上,根據阻尼因子最小值的1/√2倍(此時,諧振頻率處增益衰減3dB),獲得最佳的濾波器性能體積比,使控制系統(tǒng)達到良好的穩(wěn)定性。

并聯(lián)阻尼濾波器
在大多數情況下,圖1中的無阻尼二階濾波器不易滿足衰減要求,于是考慮選擇阻尼濾波器。


圖4所示的阻尼濾波器由電阻Rd和電容Cd先串聯(lián)再與濾波器電容C并聯(lián)構成。電阻Rd的作用是降低濾波器在諧振頻率處的輸出阻抗峰值;電容Cd抑制輸入電壓的直流成分,防止Rd消耗功率。

圖4 并聯(lián)阻尼濾波器


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