EMI

EMI的工程师指南第7部分 — 反激式转换器的共模噪声

作者:Timothy Hegarty

本系列文章的第 5 和第 6 部分介绍有助于抑制非隔离 DC-DC 稳压器电路传导和辐射电磁干扰 (EMI) 的实用指南和示例。当然,如果不考虑电隔离设计,DC-DC 电源 EMI 的任何处理方式都不全面,因为在这些电路中,电源变压器的 EMI 性能对于整体 EMI 性能至关重要。

特别是,了解变压器绕组间电容对共模 (CM) 发射噪声的影响尤其重要。共模噪声主要是由变压器绕组间寄生电容以及电源开关与底盘/接地端之间的寄生电容内的位移电流所导致的。DC-DC 反激式转换器已被广泛用作隔离电源,本文专门对其 CM 噪声进行了分析。

反激式拓扑

DC-DC 反激式电路 在工业与汽车市场领域应用广泛,由于可轻松配置成单个或多个输出,尤为适合低成本隔离式偏置轨。需要进行隔离的应用包括用于单相及三相电机驱动器的高压 MOSFET 栅极驱动器,以及工厂自动化和过程控制所用的回路供电传感器和可编程逻辑控制器。

EMI的工程师指南第6部分—采用离散FET设计的EMI抑制技术

简介

本系列文章的第 1 部分至第 5 部分中,介绍了抑制传导和辐射电磁干扰 (EMI) 的实用指南和示例,尤其是针对采用单片集成功率 MOSFET 的 DC/DC 转换器解决方案进行了详细介绍。在此基础上,本文继续探讨使用控制器驱动分立式高、低侧功率 MOSFET 对的 DC/DC 稳压器电路适用的 EMI 的抑制技术。使用控制器(例如图 1 所示同步降压稳压器电路中的控制器)的实现方案具有诸多优点,包括能够增强电流性能,改善散热性能,以及提高设计选择、元器件选型和所实现功能的灵活性。

“”
图 1:驱动功率 MOSFET Q1 和 Q2 的同步降压控制器的原理图

EMI的工程师指南第5部分 — 采用集成 FET设计的EMI抑制技术

简介

本系列文章的第 1 部分至第 4 部分详细介绍了开关电源稳压器引起的传导发射和辐射发射,包括噪声产生机制、测量要求、频率范围、适用的测试限值、传播模式和寄生效应。在第5部分中,我将基于这一理论基础介绍抑制电磁干扰 (EMI) 的实用电路技术。

一般来说,电路原理图和印刷电路板 (PCB) 对于实现出色的 EMI 性能至关重要。第 3 部分重点强调通过谨慎的元器件选型和 PCB 布局尽量减小“功率回路”寄生电感的重要性。电源转换器集成电路 (IC) 的封装技术及其提供的 EMI 特定功能对此产生了巨大的影响。如第 2 部分所述,必须使用差模 (DM) 滤波方可将输入纹波电流的幅值充分降低至满足 EMI 合规性要求的水平。与此同时,如果需要抑制约 10MHz 以上的发射,通常使用共模 (CM) 滤波。在高频条件下,使用屏蔽也可以获得优异的结果。

本文主要介绍这些方面的内容,专门聚焦于带有集成功率 MOSFET 和控制器的转换器解决方案,提供抑制 EMI 的实例和应用指导。一般来说,转换器应在合理范围内超出传导 EMI 一定的裕度,为达到辐射限值预留空间。幸运的是,多数减少传导发射的步骤对于抑制辐射 EMI 同样有效。

EMI的工程师指南第4部分 — 辐射发射

简介

这篇系列文章的第 4 部分针对电源转换器(特别是工业和汽车领域使用的电源转换器)在开关时产生的辐射排放阐述了一些观点。

辐射电磁干扰 (EMI) 是一种在特定环境中动态出现的问题,与电源转换器内部的寄生效应、电路布局和元器件排布及其在运行时所处的整体系统相关。因此,从设计工程师的角度出发,辐射 EMI 的问题通常更具挑战性,复杂度更高,在系统主板使用多个 DC/DC 功率级时尤为如此。了解辐射 EMI 的基本机制以及测量要求、频率范围和相应限制条件至关重要。本文重点介绍这些方面的内容,展示辐射 EMI 测量装置以及两个 DC/DC 降压转换器的结果。

近场耦合

图 1 概略介绍了噪声源与受干扰电路之间基本 EMI 耦合模式特别是电感或 H 场耦合需要 di/dt 较高的时变电流源和两条磁耦合回路(或带有返回路径的平行导线)。另一方面,电容或 E 场耦合需要 dv/dt 较高的时变电压源和两块紧邻的金属板。这两种机制均属于近场耦合,其中的噪声源与受干扰电路非常接近,可使用近场嗅探器进行测量。

EMI的工程师指南第3部分 — 了解功率级寄生效应

DC/DC转换器中半导体器件的高频开关特性是主要的传导和辐射发射源。本文章系列的第2部分回顾了DC/DC 转换器的差模(DM)和共模(CM)传导噪声干扰。在电磁干扰(EMI)测试期间,如果将总噪声测量结果细分为DM 和CM噪声分量,可以确定DM和CM两种噪声各自所占的比例,从而简化 EMI 滤波器的设计流程。高频下的传导发射主要由 CM 噪声产生,该噪声的传导回路面积较大,进一步推动辐射发射的产生。

在第3部分中,我将全面介绍降压稳压器电路中影响 EMI 性能和开关损耗的感性和容性寄生元素。通过了解相关电路寄生效应的影响程度,可以采取适当的措施将影响降至最低并减少总体 EMI 信号。一般来说,采用一种经过优化的紧凑型功率级布局可以降低 EMI,从而符合相关法规,还可以提高效率并降低解决方案的总成本。

检验具有高转换率电流的关键回路

EMI的工程师指南第2部分—噪声传播和滤波

简介

高开关频率是在电源转换技术发展过程中促进尺寸减小的主要因素。为了符合相关法规,通常需要采用电磁干扰 (EMI) 滤波器,而该滤波器通常在系统总体尺寸和体积中占据很大一部分,因此了解高频转换器的 EMI 特性至关重要。

在本系列文章的第 2 部分,您将了解差模 (DM) 和共模 (CM) 传导发射噪声分量的噪声源和传播路径,从而深入了解 DC/DC 转换器的传导 EMI 特性。本部分将介绍如何从总噪声测量结果中分离出 DM/CM 噪声,并将以升压转换器为例,重点介绍适用于汽车应用的主要 CM 噪声传导路径。

DM 和 CM 传导干扰

DM和 CM 信号代表两种形式的传导发射。DM 电流通常称为对称模式信号或横向信号,而 CM 电流通常称为非对称模式信号或纵向信号。图 1 显示了同步降压和升压 DC/DC 拓扑中的 DM 和 CM 电流路径。Y 电容 CY1 和 CY2 分别从正负电源线连接到 GND,轻松形成了完整的 CM 电流传播路径。

EMI、EMS和EMC三者有什么区别?

EMI、EMS和EMC的定义区别:

EMI全称Electromagnetic Interference,即电磁干扰,指电子设备在自身工作过程中产生的电磁波,对外发射并对设备其它部分或外部其它设备造成干扰。

EMS全称Electromagnetic Susceptibility,即电磁敏感度,指电子设备受电磁干扰的敏感程度。

EMI的工程师指南第1部分—规范和测量

简介

多数电源应用必须减少电磁干扰(EMI)以满足相关要求,系统设计人员必须尝试各种方法来减少传导和辐射发射。

电磁兼容性(EMC)标准的合规性(例如,针对多媒体设备的CISPR 32,针对汽车应用的CISPR 25)是一项非常重要的任务,与产品开发成本和上市时间息息相关。

对于DC/DC转换器而言,虽然采用开关更快的电源器件可以提升开关频率并缩小尺寸,但在开关转换期间出现的开关电压和电流转换率(dv/dt和di/dt)有所提升,通常引起EMI加剧,导致整个系统出现问题。

例如,氮化镓(GaN)电源器件的开关速度极快,导致高频条件下的EMI增加10dB。EMI滤波器是电力电子系统不可或缺的组成部分,在总体积和总重量方面占比相对较大。因此,必须非常关注系统的EMI降噪和抑制,不仅要满足EMC规范,还需降低解决方案成本并提高系统功率密度。

本文是EMI系列文章的第一部分,回顾了相关标准和测量技术,主要侧重于传导发射。表1列出了与EMI有关的常用缩写和命名法。

电源噪声测试的陷阱

作者:David Maliniak

当前的电路和系统使用1.2V甚至更低的供电电压运行,即使电压的微小变化也会产生误码、抖动、错误切换以及与瞬态相关的问题,让我们难以解决。

为什么开关电源灌胶后EMI变差?原因在这!

一、为什么灌胶?对胶的要求怎样?

这说起来简单,有可能是客户要求灌胶,有可能是看到别人在灌胶也在找胶灌。肯定的说,灌封胶主要有以下几大目的和要求: