5 LCS 的 LC 濾波器

LCS-FL-RNG15 需要高達(dá) 140Vpp 的電壓才能高效排水。但是，DRV2911 的最大電壓輸出限制為 35V，因此需要 4 倍的電壓增益來滿足電壓要求。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，設(shè)計(jì)并實(shí)施了一個(gè)簡單的 LC 濾波器。無源 LC 濾波器可能會(huì)在諧振頻率附近表現(xiàn)出電壓增益，從而允許電感器或電容器兩端的電壓超過初始輸入電壓。這種現(xiàn)象是存儲(chǔ)在電感器和電容器中的能量來回振蕩造成的，使得元件兩端的電壓遠(yuǎn)大于輸入電壓。請(qǐng)注意，盡管電壓增加，但無法實(shí)現(xiàn)功率增益。

諧振峰值處的電壓增益量主要由電路的品質(zhì)因數(shù) (Q) 決定。Q 越高，峰值越陡峭，電壓增益越大。請(qǐng)記住，功率輸出仍然受電源輸入的限制。電壓增加時(shí)，電流減小。

在 LC 電路的諧振頻率下，增益達(dá)到最大，可使用以下公式計(jì)算：

對(duì)于串聯(lián) RLC 電路，

理論上，品質(zhì)因數(shù)可以無限高。實(shí)際上，寄生電阻和電容會(huì)限制可實(shí)現(xiàn)的最大 Q，從而限制最大電壓增益。為了降低增益，LC 濾波器的諧振頻率可以與負(fù)載的諧振頻率保持一定的距離。兩個(gè)諧振中越多，施加到負(fù)載的電壓增益就越小。

圖 5-1 ULC1001-DRV2911EVM 中 LCS-FL-RNG15 的默認(rèn) LC 濾波器

在 ULC1001-DRV2911EVM 中，LC 設(shè)置為 L= 22uH 和 C = 47nF，計(jì)算得出的截止諧振頻率為 110kHz。LCS-FL-RNG15 的諧振頻率通常為 66kHz。頻率距離可產(chǎn)生 4 的增益。

圖 5-2 顯示了使用默認(rèn) LC 濾波器時(shí) LCS 的測量阻抗響應(yīng)。在 0.94Ω 低電阻下，測得的 LC 濾波器諧振頻率為 112.7kHz。在測量 LCS 和整個(gè) LC 濾波器的阻抗時(shí)，兩種模式在 30kHz 和 66kHz 下的阻抗也會(huì)顯著降低。

圖 5-2 帶有 LC 濾波器的 LCS 的阻抗響應(yīng)