深入了解 DC/DC 轉換器的傳導 EMI 特性資料下載

簡介 高開關頻率是在電源轉換技術發展過程中促進尺寸減小的主要因素。為了符合相關法規，通常需要采用電磁干擾 (EMI) 濾波器，而該濾波器通常在系統總體尺寸和體積中占據很大一部分，因此了解高頻轉換器的 EMI 特性至關重要。 在本系列文章的第 2 部分，您將了解差模 (DM) 和共模 (CM) 傳導發射噪聲分量的噪聲源和傳播路徑，從而深入了解 DC/DC 轉換器的傳導 EMI 特性。本部分將介紹如何從總噪聲測量結果中分離出 DM/CM 噪聲，并將以升壓轉換器為例，重點介紹適用于汽車應用的主要 CM 噪聲傳導路徑。 DM 和 CM 傳導干擾 DM和 CM 信號代表兩種形式的傳導發射。DM 電流通常稱為對稱模式信號或橫向信號，而 CM 電流通常稱為非對稱模式信號或縱向信號。圖 1 顯示了同步降壓和升壓 DC/DC 拓撲中的 DM 和 CM 電流路徑。Y 電容 CY1 和 CY2 分別從正負電源線連接到 GND，輕松形成了完整的 CM 電流傳播路徑。 圖1：同步降壓 (a) 和升壓 (b) 轉換器 DM 和 CM 傳導噪聲路徑 DM 傳導噪聲 DM 噪聲電流 (IDM) 由轉換器固有開關動作產生，并在正負電源線 L1 和 L2 中以相反方向流動。DM 傳導發射為“電流驅動型”，與開關電流 (di/dt)、磁場和低阻抗相關。DM 噪聲通常在較小的回路區域流動，返回路徑封閉且緊湊。 例如，在連續導通模式 (CCM) 下，降壓轉換器會產生一種梯形電流，且這種電流中諧波比較多。這些諧波在電源線上會表現為噪聲。降壓轉換器的輸入電容（圖 1 中的 CIN）有助于濾除這些高階電流諧波，但由于電容的非理想寄生特性（等效串聯電感 (ESL) 和等效串聯電阻 (ESR)），有些諧波難免會以 DM 噪聲形式出現在電源電流中，即使在添加實用的 EMI 輸入濾波器級之后也于事無補。 CM 傳導噪聲 另一方面，CM 噪聲電流 (ICM流入接地 GND 線并通過 L1 和 L2 電源線返回。CM 傳導發射為“電壓驅動型”，與高轉換率電壓 (dv/dt)、電場和高阻抗相關。在非隔離式 DC/DC 開關轉換器中，由于 SW 節點處的 dv/dt 較高，產生了 CM 噪聲，從而導致產生位移電流。該電流通過與 MOSFET 外殼、散熱器和 SW 節點走線相關的寄生電容耦合到 GND 系統。與轉換器輸入或輸出端的接線較長相關的耦合電容也可能構成 CM 噪聲路徑。 圖 1 中的 CM 電流通過輸入 EMI 濾波器的 Y 電容（CY1 和 CY2）返回。另一條返回路徑為，通過 LISN 裝置（在本系列文章的第 1 部分中討論過）的 50Ω 測量阻抗返回，這顯然是不合需要的。盡管 CM 電流的幅值遠小于 DM 電流，但相對來說更難以處理，因為它通常在較大的傳導回路區域流動，如同天線一般，可能增加輻射 EMI。 圖 2 顯示了 Fly-Buck（隔離式降壓）轉換器的 DM 和 CM 傳導路徑。CM 電流通過變壓器 T1 的集總繞組間電容（圖 2 中的 CPS）流到二次側，并通過接地 GND 連接返回。圖 2 還顯示了 CM 傳播的簡化等效電路。 圖 2：Fly-Buck 隔離式轉換器 DM 和 CM 傳導噪聲傳播路徑 (a)；CM 等效電路 (b) 在實際的轉換器中，以下元件寄生效應均會影響電壓和電流波形以及 CM 噪聲： ● MOSFET 輸出電容 (COSS)。 ● 整流二極管結電容 (CD)。 ● 主電感繞組的等效并聯電容 (EPC)。 ● 輸入和輸出電容的等效串聯電感 (ESL)。 相關內容，我將在第3部分中進一步詳細介紹。 噪聲源和傳播路徑 正如第 1 部分所述，測量 DC/DC 轉換器傳導發射（對于 CISPR 32 標準，規定帶寬范圍為 150kHz 至 30MHz；對于 CISPR 25 標準，則規定頻率范圍為更寬的 150kHz 至 108MHz）時，測量的是每條電源線上 50Ω LISN 電阻兩端相對于接地 GND 的總噪聲電壓或“非對稱”干擾。 圖 3 顯示了 EMI 噪聲的產生、傳播和測量模型。噪聲源電壓用 VN 表示，噪聲源和傳播路徑阻抗分別用 ZS和 ZP 表示。LISN 和 EMI 接收器的高頻等效電路僅為兩個 50Ω 電阻。圖 3 還顯示了相應的 DM 和 CM 噪聲電壓 V DM和 VCM，它們由兩條電源線的總噪聲電壓 V1 和 V2 計算得出。DM（或“對稱”）電壓分量定義為 V1 和 V2 矢量差的一半；而 CM（或“非對稱”）電壓分量定義為 V1 和 V2 矢量和的一半。請注意，本文提供的 VDM 通用定義與 CISPR 16 標準規定的值相比，可能存在 6dB 的偏差。 圖 3：傳導 EMI 發射模型，其中顯示了噪聲源電壓、噪聲傳播路徑和 LISN 等效電路 CM 噪聲源阻抗主要是容性阻抗，并且 Z