LC滤波器要与远离DCDC高频电流环路的分析与优化设计

发布时间：2023-09-30 08:40:31来源：伊莱（深圳）电气有限公司

现代电力电子系统通常在开关模式下工作，产生了较大的电磁干扰（EMI），EMI问题一直是电力电子工程师头疼的问题，解决EMI问题是一项既困难又耗时的工作，本文将介绍EMI是如何产生、传播以及如何优化解决。

首先，让咱们先了解常用的缩略语： EMC（ElectromagneticCompatibility）：电磁兼容性 EMI（Electromagnetic Interference）：电磁干扰 EMS（ElectromagneticSusceptibility）：电磁抗扰度 IEC（InternationalElectrotechnical Commission）：国际电工委员会 FCC（Federal CommunicationCommission）：美国联邦通信委员会 CISPR：国际无线电干扰特别委员会 CE：字母“CE”是法文句子的缩写，意指欧盟 CCC（China CompulsoryCertificate）：中国强制性产品认证制度，又称C认证。电磁兼容性及应用电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰能力，电磁兼容（EMC）包含电磁干扰（EMI）和电磁抗扰度（EMS）。其包含的测试项目如图所示。图 EMC测试项电磁干扰限制可分为两个基本应用范畴： A类：适用于商业或工业装置环境，相应限制较为轻松； B类：适用于家用或住宅装置，相应限制较为严格。 B类限制约比A类限制低dB，即发射振幅之比约为:(×log()≈dB)。市场销售的产品还需要满足一些重要的安规标准。在许多地方，电磁兼容标准和安规标准统一用一个区域认证标志来表示，如CE标志即欧洲认证标志，CCC标志即我国强制认证标志。该标志表示产品符合电磁兼容标准和安规标准。历史上普遍接受的国际电磁干扰标准是CISPR，美国的电磁干扰标准是FCC，CISPR与FCC有所不同，但一般来说如果电源符合CISPR标准，那么它也符合FCC标准。总之CISPR标准已经成为全世界都遵守的基本标准。汽车上的电磁干扰标准是CISPR，相对CISPR来说CISPR标准限制值更低并且额外对FM频段做了很严的限制要求。具体传导测试限制要求如图所示。图传导测试标准如图所示电磁干扰的辐射测试普遍采用天线接收法测试，相比于CISPR来说CISPR额外增加了KHz ~ MHz的辐射测试，这部分测试频段覆盖了DCDC的工作频率范围，是辐射测试的难点。另外CISPR辐射测试采用M法天线距离更近，测试接收的信号更强。图辐射测试标准对于设备来说DCDC开关电源是常见的噪声源，而通常又不易受干扰，所以DCDC的EMC问题主要就是EMI问题。以Buck电源为例，DCDC芯片开关过程中产生电压和电流的变化，包含了较快的di/dt和dv/dt噪声分量，其开关噪声不仅包含开关次和倍频频率段的噪声，另外其开关速度越低，高频噪声分量衰减越大。噪声分为差模噪声和共模噪声，差模噪声是LN线之间的电位差，共模噪声是待测零部件的LN线和参考地之间的电位差。DCDC电源EMI主要于电流和电压跳变，通过共模和差模的形式耦合到***上。如图所示是Buck开关电源的噪声产生和耦合路径，从传导路径来说开关节点产生的差模干扰通过输入电容滤波后会直接传到输入端，共模干扰通过开关节点对地的耦合再通过LISN端检测到。从辐射的路径来看主要是差模的功率电流回路产生的，当然共模干扰也会产生部分辐射干扰。因此在设计电路时减小功率开关电流回路对传导辐射干扰有很大的帮助。图 DCDC噪声源及耦合路径电磁干扰优化措施既然有了上面对EMI产生的原因分析，我们就可以按照如下几点对EMI进行优化：输入端增加EMI滤波器 EMI滤波器可以遏制流经LISN的差模和共模电流，这在传导测试中尤其关键，根据对噪声的大小的衰减比例可以计算出EMI滤波器的参数大小。常见的EMI滤波器参数如图所示。图常见EMI滤波器设计参数输入输出电容位置要靠近芯片放置在功率开关回路中di/dt（或dv/dt）环路会产生磁场，并且磁场强度与电流和环路面积成正比关系。减小环路面积能大幅度减小对外辐射。如图所示通过将输入电容C靠近芯片可以明显减小磁场辐射程度。图输入电容位置对EMI的影响 LC滤波器要与远离DCDC高频电流环路全部的LC滤波器都是以电感结束，并且要远离DCDC的高频环路。防止电流环路的近场磁场效应对输入滤波器的影响。对称设计芯片和对称电容设计对称电容设计能明显抵消磁场，如果电容集成到芯片内部的话对传导和辐射的高频干扰都能起到极大的遏制作用，具有良好的EMI性能。改用一体成型电感环形电感的漏磁较大，体积也比较大，对大地也有比较大的耦合电容，因此其对外的辐射更大，如图所示将环形电感替换为贴片电感后整体的EMI就会下降很多。图环形电感对EMI的影响伊莱专业致力于滤波器、电抗器、变压器的研发及制造，并提供谐波治理、无功补偿、电磁干扰等电能质量一体化解决方案。引进德国设计技术、生产工艺先进，设备精良，测试平台齐全。伊莱也是年出名的滤波器厂家，十分注重技术开发和技术创新，在用户中一直享有较高声誉。（文章来源于网络，版权归原作者，侵删）
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