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汽车电子非隔离型变换器传导与辐射EMI的产生 传播与抑制

   2021-11-30 安规与电磁兼容网1040
本文导读:1 什么是 EMI?EMI 是一种电磁能量(开关电流和电压的不良副产物),它来自多种物理现 象,可在严格的 EMI 测试中表现出来。2 降低 EMI 的常规方法降低 EMI 是一项需要进行各种权衡的棘手工作。降低 EMI 的 常规方法

汽车电子行业中,基于安全性的考虑,对EMI的要求极为严格,对于汽车电子工程师也提出了挑战。对各种EMI问题的建模分析,会极为有效的帮助我们减小EMI。本文就将和大家探讨下非隔离型变换器(如Buck,Boost和Buck-Boost)产生EMI的机理,模型和抑制方法。

 

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图1:汽车电子中的传导和辐射EMI

 

电力电子系统中,我们会用到许多MOSFET,二极管等器件,它们在高频开关过程中会产生高dv/dt节点与高di/dt环路,这些是EMI产生的根本原因。

 

EMI分传导和辐射两部分,传导EMI噪声可通过缆线或其他导体传到受害设备,辐射EMI噪声则是直接通过空间耦合到受害设备上。这两种噪声因为传播途径的不同,建模和分析方法则需要分别来进行探讨。

 

传导EMI

 

那传导EMI怎么来分析?我们一般把它分为两种:

 

差模和共模

 

差模噪声(DM)主要在两条线间流动,而共模电流则可通过设备对地的杂散电容以位移电流的形式流到地上,再流回电网。因为这两种噪声的传播途径和抑制机理不同,我们需要分别进行建模分析。另外,在测量中,我们可以使用噪声分离器来得到它们,据此就可知道造成EMI超标的原因到底是差模还是共模噪声。

 

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图2:传导EMI中的共模和差模噪声

 

EMI建模的第一步是把开关用电流源或电压源进行等效,等效之后,电路各处的电流和电压依然不变。然后可以使用叠加定理来具体分析每一个源的影响,以一个 Buck 变换器为例,它的差模和共模模型分别可以简化到以下模型(图3,图4)。具体过程可以参考本文末“阅读原文”视频中的讲解。

 

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图3:Buck Converter的差模噪声模型与典型开关波形

 

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图4:Buck Converter的共模噪声模型与典型开关波形

 

同理,其他的非隔离变换器的模型也可得到。对于Buck来说,输入差模噪声的抑制可以通过选择输入电容以及输入滤波器来实现;而共模噪声的抑制则需要减小开关节点的面积,以及使用共模滤波器。

 

我们以一个典型Buck Converter为例来解释EMI抑制的流程与方法。

 

首先,通过EMI的测量与噪声分离,发现差模噪声是引起EMI超标的主要原因(如图5所示)。因此,降噪方法则是增加差模滤波器,采用降噪措施后结果如图6。此方法可以推广到各种变换器上,具体可以看本文末“阅读原文”中的视频介绍。

 

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图5:Buck的总体,差模和共模噪声测量结果示例

 

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图6:Buck降噪后的总体,差模和共模噪声测量结果示例

 
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