EMI

EMI干扰源之电机原理分析

作者:庄苏巧、官庚

EMI信号是如何产生的?

电磁干扰(EMI)已经成为我们生活的一部分,要不要处理呢?许多人认为,电子解决方案的广泛应用是一件好事,因为它给我们的生活带来舒适、安全的享受,并把医疗服务带到我们的身边。但是,这些解决方案同时也产生了具有电子危害的EMI信号。

【工程师实战】一个晶振引发的EMI超标问题就这样解决了

一、问题描述:

某行车记录仪,测试的时候要加一个外接适配器,在机器上电运行测试时发现超标,具体频点是84MHZ、144MH、168MHZ,需要分析其辐射超标产生的原因,并给出相应的对策。辐射测试数据如下:

“”

二、辐射源头分析:

该产品只有一块PCB,其上有一个12MHZ的晶体。其中超标频点恰好都是12MHZ的倍频,而分析该机器容易EMI辐射超标的屏和摄像头,发现LCD-CLK是33MHZ,而摄像头MCLK是24MHZ;通过排除发现去掉摄像头后,超标点依然存在,而通过屏蔽12MZH晶体,超标点有降低,由此判断144MHZ超标点与晶体有关,PCB布局如下:

EMI的工程师指南第9部分—扩频调制

削弱电磁干扰 (EMI) 是所有电子系统中存在的问题。许多规范将电磁兼容性 (EMC) 与适应规定屏蔽下干扰功率谱级的能力相关联,恰恰证明了这一点。尤其是高频开关 DC/DC 转换器,开关换向过程中存在的高转换率电压和电流可能在稳压器自身(EMI 源)以及附近的敏感电路(受 EMI 干扰的设备)中产生严重的传导和辐射干扰。本系列文章的第 5 部分和第6部分回顾了多种适用于非隔离稳压器设计的 EMI 抑制技术。第 7 部分和第 8 部分回顾了隔离设计中的共模 (CM) 噪声及其抑制技术。

一般而言,遵守电磁标准对于开关电源愈发重要,这不仅局限于总光谱能量过大,更多的原因是能量集中在基本开关频率及其谐波的特定窄带中。为此,第 9 部分提出通过扩频调频 (SSFM) 技术将频谱能量分配到频谱中,使基波和谐波噪声峰值幅值变得平整。图 1 所示的扩频效应可作为本系列文章前几部分中介绍的 EMI 抑制技术的补充降噪方法。

EMI的工程师指南第8部分—隔离式DC/DC电路的共模噪声抑制方法

近来,业界对于隔离式 DC-DC 稳压器中高频变压器的性能要求愈发严苛,尤其是在抗电磁干扰 (EMI) 方面。在本系列文章的第 7 部分中,我们详细探讨了隔离式反激稳压器中共模 (CM) 噪声的主要来源和传播路径。

高瞬态电压 (dv/dt) 开关节点是共模噪声的主要来源,而变压器的绕组间分布电容则是共模噪声的主要耦合路径。在第 7 部分中,我们在简单方便的双电容变压器模型基础上,采用共模噪声等效电路来模拟流经变压器电容的位移电流。在此期间,仅需使用一个信号发生器和一个示波器即可提取寄生电容并确定变压器共模噪声性能的特征,而无需进行在线测试。

在第 8 部分,我们将探讨隔离式 DC/DC 电路的共模噪声抑制方法。工作在高输入电压下的转换器(例如,电动汽车车载充电系统、数据中心电源系统和射频功放电源中的相移式全桥转换器和 LLC 串联谐振转换器)会产生较大的共模电流。在采用氮化镓开关器件时,这种情况更为明显,因为此类器件的开关速度 dv/dt 高于硅材质的同类器件。

对于隔离式设计,有多种抑制共模噪声的方法,包括采用对称的电路布局、在初级侧接地端与次级侧接地端之间连接一个电容、加入屏蔽层、增加平衡电容、优化变压器绕组设计以及使用可调节共模噪声消除辅助绕组。本文将以反激电路为重点,逐一解读这些方法。

EMI逆向分析法

作者:徐权、王俊文

刚入EMC坑的很多小伙伴,在面对EMC问题,很多时候应该都会觉的无从下手,或者毫无头绪。至此,为何不反过来从测试得出的数据进行推测分析,下面就列举几个常见的EMI辐射问题分析思路。

一、有规律的单支信号

有规律的单支信号,大部分都是时钟信号。因为时钟是一个稳定的单一频率信号,所以在频率上呈现为一根根的单支,且DB也不会太低,大多数时钟超标的同时,它的倍频也会呈现相应的状态。

因此,在分析数据的时候,只要对比每个单支之间的差数,基本可以确定问题点。例如:48.15MHZ的时钟问题!最后6号点和5号点的频率是337.05 MHz与385.2 MHz[385.2-337.05=48.15],且第11号点为 963MHz=48.15MHz X 20。

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。