电源设计小贴士 4：阻尼输入滤波器(第二部分)

在“电源设计小贴士 3”中，我们讨论了输入滤波器的源极阻抗如何变得具有电阻性，以及其如何同开关调节器的负输入阻抗相互作用。在极端情况下，这些阻抗振幅可以相等，但是其符号相反从而构成了一个振荡器。业界通用的标准是输入滤波器的源极阻抗应至少比开关调节器的输入阻抗低 6dB，作为最小化振荡概率的安全裕度。

输入滤波器设计通常以根据纹波电流额定值或保持要求选择输入电容（图 1 所示 CO）开始的。第二步通常包括根据系统的 EMI 要求选择电感 (LO)。正如我们上个月讨论的那样，在谐振附近，这两个组件的源极阻抗会非常高，从而导致系统不稳定。图 1 描述了一种控制这种阻抗的方法，其将串联电阻 (RD) 和电容 (CD) 与输入滤波器并联放置。利用一个跨接 CO 的电阻，可以阻尼滤波器。但是，在大多数情况下，这样做会导致功率损耗过高。另一种方法是在滤波器电感的两端添加一个串联连接的电感和电阻。

图1：CD 和 RD 阻尼输出滤波器源极阻抗。

选择阻尼电阻

有趣的是，一旦选择了四个其他电路组件，那么就会有一个阻尼电阻的最佳选择。图 2 显示的是不同阻尼电阻情况下这类滤波 器的输出阻抗。红色曲线表示过大的阻尼电阻。请思考一下极端的情况，如果阻尼电阻器开启，那么峰值可能会非常的高，且仅由 CO 和 LO 来设定。蓝色曲线表示阻尼电阻过低。如果电阻被短路，则谐振可由两个电容和电感的并联组合共同设置。绿色曲线代表 最佳阻尼值。利用一些包含闭型解的计算方法（见参考文献 1）就可以很轻松地得到该值。

图2：在给定 CD-CO 比的情况下，有一个最佳阻尼电阻。

选择组件

在选择阻尼组件时，图 3 非常有用。该图是通过使用 RD Middlebrook 建立的闭型解得到的。横坐标为阻尼滤波器输出阻抗与未阻 尼滤波器典型阻抗 (ZO = (LO/CO)1/2) 的比。纵坐标值有两个：阻尼电容与滤波器电容 (N) 的比；以及阻尼电阻同该典型阻抗的比。利 用该图，首先根据电路要求来选择 LO 和 CO，从而得到 ZO。随后，将最小电源输入阻抗除以二，得到您的最大输入滤波器源极阻抗 (6dB)。

最小电源输入阻抗等于 Vinmin2/Pmax。只需读取阻尼电容与滤波器电容的比以及阻尼电阻与典型阻抗的比, 您便可以计算得到 一个横坐标值。例如，一个具有 10 H 电感和 10 H 电容的滤波器具有 Zo = (10 H/10 F)1/2 = 1 Ohm 的典型阻抗。如果它正对一个 12V 最小输入的 12W 电源进行滤波，那么该电源输入阻抗将为 Z = V2/P = 122/12 = 12 Ohms。这样，最大源极阻抗应等于该值的二分之一 ，也即 6 Ohms。现在，在 6/1 = 6 的 X 轴上输入该图，那么，CD/CO = 0.1，即 1μF，同时 RD/ZO = 3，也即 3 Ohms。

图3：选取 LO 和 CO 后，便可从最大允许源极阻抗范围内选择 CD 和 RD。

参考文献

1、《防止开关模式调节器中输入滤波器发生振荡的设计技巧》，作者：R.D.Middlebrook，Proceedings Powercon 5，1978 年。

Robert Kollman

现任 TI 高级应用经理兼科技委员会的资深委员。他拥有在电源电子领域超过 30 年的工作经验，并为电源电子设计了从低功耗 (sub-watt) 到超低功耗 (sub-megawatt) 的磁性元件，工作频率在兆赫兹范围内。Robert 毕业于得克萨斯 A&M 大学 (Texas A&M University)，获电子工程理学士学位，后又毕业于南卫理公会大学 (Southern Methodist University)，获电子工程硕士学位。

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