【導(dǎo)讀】基于安全性的考慮，汽車(chē)行業(yè)對(duì)電磁干擾 (EMI)有嚴(yán)格的要求，這給工程師帶來(lái)了很大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)（見(jiàn)圖 1）。降低 EMI需要對(duì)各種 EMI 問(wèn)題進(jìn)行建模與分析。本文提供的建模和抑制方法用來(lái)降低非隔離式變換器（例如降壓、升壓和升降壓換器）中的 EMI。
圖 1：汽車(chē)電子中的傳導(dǎo)和輻射EMI
電力電子系統(tǒng)中的許多組件（例如 MOSFET 和二極管）在高頻開(kāi)關(guān)期間會(huì)產(chǎn)生高 dv/dt 節(jié)點(diǎn)和高 dI/dt 環(huán)路。這些高 dv/dt 和 dI/dt 值就是EMI產(chǎn)生的根本原因。EMI分為傳導(dǎo)EMI 噪聲和輻射EMI噪聲。傳導(dǎo) EMI是由導(dǎo)體之間的物理接觸引起的，而輻射EMI則由感應(yīng)引起，即使導(dǎo)體不接觸也會(huì)產(chǎn)生。由于兩種EMI 傳播路徑差別很大，所以我們分別討論兩種EMI噪聲。本文將側(cè)重傳導(dǎo) EMI，而下一篇文章將討論輻射EMI。
傳導(dǎo)EMI
傳導(dǎo) EMI 分為差模 (DM) 噪聲和共模 (CM)噪聲。相應(yīng)地，對(duì)DM噪聲和CM噪聲應(yīng)分別建模，以說(shuō)明它們不同的傳播路徑和抑制機(jī)制。我們采用噪聲分離器來(lái)獲取測(cè)量結(jié)果，同時(shí)區(qū)分是DM還是CM導(dǎo)致了大部分的EMI噪聲。
DM噪聲主要在兩線之間流動(dòng)，而CM電流則以位移電流的形式流向大地。該位移電流經(jīng)過(guò)設(shè)備與地之間的電容器，然后流回電網(wǎng)（見(jiàn)圖 2）。
圖2: 傳導(dǎo)EMI中的CM噪聲和DM噪聲
EMI建模的第一步是將開(kāi)關(guān)用作等效的電流或電壓源，之后電流和電壓在整個(gè)電路中保持恒定。然后，使用疊加定理來(lái)詳細(xì)分析每個(gè)源的影響。圖 3 顯示了如何簡(jiǎn)化降壓變換器的 DM模型。當(dāng)然，也可能有其他非隔離式變換器的模型。
圖 3：降壓變換器的DM噪聲模型和典型開(kāi)關(guān)波形
圖 4 顯示了如何簡(jiǎn)化降壓變換器的CM模型。
圖 4：降壓變換器的CM噪聲模型和典型開(kāi)關(guān)波形
謹(jǐn)慎選擇輸入電容器和輸入濾波器可以降低降壓變換器中的DM噪聲；而利用濾波器最小化開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的面積可以降低CM噪聲。
圖 5 顯示了分離并測(cè)量降壓變換器DM噪聲和CM噪聲的結(jié)果。在本例中，DM噪聲是EMI的主要成因。
圖 5：降壓變換器的整體DM和CM噪聲測(cè)量
增加DM 濾波器可以降低 EMI，圖6所示的噪聲測(cè)量結(jié)果展現(xiàn)了良好的EMI 優(yōu)化成果。該原理也可擴(kuò)展至其他DM噪聲過(guò)多的變換器。
圖6: 降壓變換器的噪聲消減
EMI性能優(yōu)化的汽車(chē)降壓變換器
MPS的MPQ4423C-AEC1是一款優(yōu)化了傳導(dǎo)EMI性能的同步整流降壓開(kāi)關(guān)模式變換器。它采用側(cè)面鍍錫封裝，集成功率 MOSFET 并采用同步模式操作，以提高輸出電流的效率。
在強(qiáng)制脈寬調(diào)制 (PWM) 模式下工作時(shí)，MPQ4423C-AEC1能夠保持較低的傳導(dǎo)EMI輻射（見(jiàn)圖 7）。
圖7: MPQ4423C-AEC1的傳導(dǎo)EMI性能
MPQ8873-AEC1是另一款非常適合汽車(chē)應(yīng)用的4開(kāi)關(guān)降壓-升壓變換器。MPQ8873-AEC1 具有可配置的參數(shù)，包括可調(diào)頻率展頻(FSS)，它周期性地抖動(dòng)開(kāi)關(guān)頻率 (fSW) 以提升EMI性能。MPQ8873-AEC1還采用專(zhuān)用寄存器來(lái)啟用FSS、調(diào)整FSS調(diào)制范圍并設(shè)置 FSS 調(diào)制頻率。圖 8顯示了平均傳導(dǎo) EMI測(cè)量結(jié)果。
圖 8：MPQ8873-AEC1 的傳導(dǎo) EMI性能
結(jié)論
本文回顧了控制傳導(dǎo) EMI 噪聲以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的方法，具體包括如何對(duì)DM噪聲和CM噪聲分別建模，并針對(duì)不同的應(yīng)用來(lái)降低EMI，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了針對(duì)汽車(chē)設(shè)備如何控制傳導(dǎo)EMI以實(shí)現(xiàn)峰值效率。
下一篇文章 將利用戴維南定理深入探討輻射EMI問(wèn)題的更多細(xì)節(jié)，戴維南定理可以實(shí)現(xiàn)變換器和天線的建模以控制EMI噪聲。
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