DCDC开关电源电磁兼容（三）电源EMI滤波器相关基础知识（插入损耗与lisn50Ω阻抗的关系）

前言

如果不在产品电源线的出口处插入某种形式的电源滤波器，那么现在没有任何电子产品能符合传导发射规定的要求。一些产品可能看上去没有包含滤波器，但实际上存在滤波器。例如，在双线产品中或当使用线性电源时，产品在电源入口处滤波器。

所用相关资料与书籍

电磁兼容导论第二版 人民邮电出版社

滤波器的指标：插入损耗

滤波器插入损耗对比实验电路图

滤波器典型的特性指标是插入损耗（IL），一般用dB表示。
如图1(a)所示：由电源直接为负载供电
如图1(b)所示：为了防止电源的某些频率分量（杂波）到达负载，在源和负载之间插入滤波器

图1 滤波器插入损耗实验图

常见滤波器种类

图2 常见滤波器种类

滤波器插入损耗的计算说明部分

实验组	符号	符号含义
无滤波器	$${\hat{V}}_{Low}$$	未插入滤波器时负载电压
有滤波器	$${\hat{V}}_{Lo}$$	插入滤波器后负载电压

滤波器的插入损耗定义为∶即为滤波器插入前后负载的功率之比，即电压平方的伯德图

特别说明：伯德图的意思是，针对某一频率的电压来说，即插入损耗会减小某一频率上的负载电压。通带插入损耗表现为频率的函数。

公式定义	公式
插入损耗	$$I{L}_{dB}=10lo{g}_{10}(\frac{P_{Low}}{P_{Lo}})=10lo{g}_{10}(\frac{(\frac{{\hat{V}}_{Low}^2}{R_L})}{(\frac{{\hat{V}}_{Lo}^2}{R_L})})=20lo{g}_{10}(\frac{V_{Low}}{V_{Lo}})$$

所示滤波器为低通电感滤波器为例子

图3 低通滤波器

实验组	符号	符号含义
无滤波器	$${\hat{V}}_{Low}=\frac{R_L}{R_L+R_S}\ast {\hat{V}}_s$$	未插入滤波器时负载电压（式1）
有滤波器	$${\hat{V}}_{Lo}=\frac{R_L}{R_L+R_S+jwL}=\frac{R_L}{R_L+R_S}\ast \frac{1}{1+\frac{jwL}{R_L+R_S}}\ast {\hat{V}}_s$$	插入滤波器后负载电压（式2）

插入损耗是式（1）与式（2）之比可得单一频率下的插入损耗，

定义	公式
某一频率的插入损耗	$$IL=20lo{g}_{10}(1+\frac{jwL}{R_L+R_S})=20lo{g}_{10}(\sqrt{1+(w\tau {）}^2})=10lo{g}_{10}(1+(w\tau {）}^2)$$
τ	$$\tau =\frac{L}{R_L+R_S}$$

τ是电路的时间常数。插入损耗曲线从直流的0dB到w=1/τ的3dB，以后以20dB/10倍频的速率增加。因此，低通滤波器能通过直流到w=1/τ的频率分量，其他较高的频率分量衰减很快。3dB点以上频率的插入损耗的表达式简化为∶

$$IL=10lo{g}_{10}|(w\tau {）}^2|=20lo{g}_{10}w\tau =20lo{g}_{10}|\frac{wL}{R_L+R_S}|$$
$$w＞＞\frac{1}{\tau }$$

其他滤波器的分析类似：**上述例子举例说明了重要的一点∶ 某个滤波器的插入损耗取决于源和负载的阻抗，因此不能独立于终端阻抗而给出。

插入损耗与lisn50Ω阻抗的关系

大多数滤波器厂商都提供了滤波器插入损耗的频响曲线，由于插入损耗取决于源和负载的阻抗，那么这些指标中如何假设源和负载的阻抗值呢?答案很明显——那就是假定图1中的Rs=Rz=50Ω。
这里引出了另一个重点∶基于50Ω源和负载阻抗的与滤波器性能有关的插入损耗指标在传导发射测试中怎样起作用呢?考虑滤波器在测试中的使用。负载阻抗与LISN的50Ω阻抗相对应。