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EMC

LC EMI 필터 설계 계산기

전도 방출 규정 준수를 위한 LC EMI 필터를 설계하십시오.CISPR 22/32 및 FCC 파트 15에 대한 인덕턴스, 커패시턴스, 차단 주파수 및 감쇠량을 계산하십시오.무료로 즉시 결과를 얻을 수 있습니다.

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공식

n=⌈AdB20⌉n = \left\lceil\frac{A_{dB}}{20}\right\rceil

참고: Williams & Taylor, "Electronic Filter Design Handbook" 4th ed.

Z0— 특성 임피던스 (Ω)
ωc— 앵귤러 컷오프 주파수 (rad/s)
n— 필터 순서

작동 방식

LC EMI 필터 계산기는 CISPR 32/22 (IT 장비), CISPR 11 (산업) 및 FCC Part 15 인증에 필수적인 전도 방출 규정 준수를 위한 저역 통과 필터를 설계합니다.EMC 엔지니어들은 이를 사용하여 안정적인 전력 공급을 유지하고 필터 공진 문제를 피하면서 150kHz (CISPR 하한) 에서 20-60dB 감쇠를 달성할 수 있습니다.

헨리 오트의 'EMC 엔지니어링'에 따르면 2차 LC 로우패스 필터는 차단 주파수 f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (L x C)) 보다 10년간 40dB의 감쇠량을 제공합니다.150kHz에서 40dB 감쇠의 경우 컷오프는 f0 = 150kHz/ 10^ (40/40) = 15kHz여야 합니다.공진 피킹을 방지하려면 특성 임피던스 Z0 = sqrt (L/C) 가 소스/부하 임피던스 (LISN 측정의 경우 50옴) 와 일치해야 합니다.

CISPR 32 클래스 B는 LISN (라인 임피던스 안정화 네트워크) 을 사용하여 66dBuV (150-500kHz), 56dBuV (500kHz-5MHz) 및 60dBuV (5-30MHz) 에서 전도 방출을 제한합니다.사전 컴플라이언스 측정에서는 일반적으로 SMPS 방출량이 70-90dBUV로 나타나며, 측정 불확실성과 생산 변동에 대해서는 20-30dB 필터 감쇠와 6-10dB 여유가 필요합니다.

필터 토폴로지는 중요합니다. PI 필터 (C-L-C) 는 60dB/10년을 제공하고, T 필터 (L-C-L) 는 롤오프는 동일하지만 커먼 모드 리젝션 성능은 더 우수합니다.Ott에 따르면 메인 필터는 공통 모드 초크 (CM 노이즈 처리) 와 X-커패시터 (라인 중립을 가로지르는 DM) 및 Y 커패시터 (CM과 접지) 를 결합합니다.완전한 EMI 필터 모듈은 이를 안전 인증 패키지에 통합합니다.

계산 예제

문제: 150kHz에서 82dBuV를 표시하는 200W SMPS용 LC 필터를 설계하십시오.CISPR 32 클래스 B 제한은 66dBuV입니다. 50옴 LISN 레퍼런스입니다.

오트에 따른 솔루션: 1.필수 감쇠량: 82 - 66 = 16dB, 플러스 150kHz에서 6dB 마진 = 22dB 2.2차 LC의 경우: A = 40 x log10 (f/f0), 22 = 40 x log10 (150/f0), f0 = 150/10^0.55 = 42kHz 3.특성 임피던스: Z0 = 50옴 (LISN과 일치) 4.L = Z0/ (2 x pi x f0) = 50/ (2 x 픽셀 x 42000) = 189 시간, 220h 표준값 사용 5.C = 1/ (2 x pi x f0 x Z0) = 1/ (2 x pi x 42000 x 50) = 76nF, 100nF X2 커패시터 사용 6.f0: f0 = 1/ (2 x pi x sqrt (220e-6 x 100e-9)) = 34kHz (낮을수록 감쇠가 더 많음) 인지 확인합니다. 7.150kHz에서의 감쇠: A = 40 x log10 (150/34) = 40 x 0.64 = 26 dB (22dB 요구 사항 충족)

부품: 220uH 인덕터 (정격 1A DC 이상, 포화 전류 2A 초과), 100nF X2 커패시터 (정격 250VAC).총 필터 비용은 약 2~5달러입니다.

실용적인 팁

  • ✓안전 인증을 받은 X/Y 커패시터를 포함하고 UL/IEC 누설 전류 제한 (IEC 60950당 3.5mA 미만) 을 충족하는 상용 EMI 필터 모듈을 주전원 애플리케이션에 사용하십시오.맞춤형 설계에는 안전 인증이 필요합니다.
  • ✓필터를 전원 진입점 (IEC 입구 또는 DC 잭) 에 배치합니다. 내부 배선 후 필터링하면 Henry Ott의 레이아웃 지침에 따라 필터에 도달하기 전에 내부 케이블에 노이즈가 결합됩니다.
  • ✓필터를 설치한 상태로 측정하여 공진이 없는지 확인합니다. LC 필터 Q는 f0에서 피크를 생성하여 배출량을 악화시킬 수 있습니다.피크가 관찰되는 경우 C와 병렬로 댐핑 저항 (R = Z0/3 ~ Z0) 을 추가하십시오.

흔한 실수

  • ✗인덕터 포화 전류 무시 — 페라이트 코어 인덕터는 포화 시 50-80% 의 인덕턴스를 잃어 f0이 위로 이동하고 감쇠가 10-20dB 감소합니다.Wurth 애플리케이션 노트에 따라 i_SAT > 2x 피크 작동 전류를 선택하십시오.
  • ✗EMI 필터링을 위한 전해 커패시터 사용 — 전해질은 0.1-1ohm ESR과 5-20nH ESL을 가지므로 100kHz 이상에서는 효율성이 제한됩니다.CISPR 32 필터 설계 가이드라인에 따라 X2/Y2 필름 또는 MLCC 커패시터를 사용하십시오.
  • ✗정확한 필수 감쇠를 위한 필터 설계 — Ott당 생산 변동, 온도 편차 및 측정 불확실성에 대해 6-10dB 마진을 추가합니다.사전 컴플라이언스 설정의 일반적인 불확실성은 +/-6dB입니다.

자주 묻는 질문

컷오프 주파수보다 40dB/10년 이상 높습니다.f0 = 30kHz인 필터는 150kHz에서 26dB (5x f0), 300kHz에서 40dB (10x f0), 1MHz에서 54dB (33x f0) 를 제공합니다.감쇠량을 높이려면 60dB/10년을 달성하는 PI 필터 (C-L-C) 토폴로지를 사용하거나 CISPR 필터 설계 가이드에 따라 여러 필터 단계를 캐스케이드하십시오.
CISPR 32/22 전도 방출은 150kHz (CISPR 밴드 B) 에서 시작합니다.또한 CISPR 11 클래스 A/B는 150kHz에서 시작합니다.FCC 파트 15에서 실시한 제한은 클래스 B의 경우 150kHz에서 시작합니다. 방사 한계: CISPR 32는 30MHz에서 시작하고 FCC 파트 15는 30MHz에서 시작합니다.필터 설계는 임계 주파수인 150kHz에서 적절한 감쇠를 제공해야 합니다.
IEC 60384-14에 따름: X 커패시터는 주전원 (LN) 에 연결되어 차동 모드 잡음을 억제합니다. 250-400VAC 정격, 페일 세이프 오픈 (충격 방지).Y 커패시터는 L 또는 N에서 접지/섀시로 연결하여 공통 모드 잡음을 억제합니다. 이는 낮은 커패시턴스 (일반적으로 4.7nF 미만) 로 평가되어 누전 전류를 IEC 60950/62368당 3.5mA 미만으로 제한합니다.
두 가지 제약 조건: (1) 필수 f0에 대한 인덕턴스: L = 1/ (4 x pi^2 x f0^2 x C); (2) 정격 전류: I_Sat > 포화 방지를 위한 2x 피크 부하 전류.워스/코일크래프트의 경우 커먼 모드 초크 (CM 필터링용) 의 인덕턴스는 1~10mH이고 차동 모드 인덕터의 인덕턴스는 10-500uH입니다.인덕터 DCR은 최대 부하 시 2% 미만의 전압 강하를 발생시켜야 합니다.
예. Ott에 따른 표준 관행입니다.완전한 EMI 필터에는 (1) CM 노이즈용 커먼 모드 초크 (1~10mH), DM 노이즈용 L-N 양단의 X 커패시터 (100nF-1uF), CM 노이즈용 접지형 Y 커패시터 (3) 가 포함됩니다.CMC의 누설 인덕턴스 (CM 인덕턴스의 1~ 5%) 는 추가적인 DM 필터링 기능을 제공합니다.상용 필터 모듈은 모든 요소를 통합합니다.

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