苏州莱瑞测信息科技有限公司

DC-DC开关转换器的EMI方案

   2010-09-10 EDN China4950

  有源 EMI 输入滤波方案

  在通讯领域,对传导 EMI 的规范更高,要符合要求,有源滤波器便帮上大忙。过往通讯仪器只要求离线及交流输入电源达到 EMI 的测试和符合要求。PICMG 于 2003 年修定新标准;订定 PICMG 3.0 或 Advanced TCA®。要求 DC 电路板的传导噪声必须达到 EN55022 B级的标准。每块电路板都要加上滤波器滤掉噪声,减少板与板,机架与机架的干扰,也减少每个机架的总直流噪声。 

  同时,采用体积更细小的元件,或把多项功能集合在一起,已是电子业的发展趋势。由于空间见小,系统必需把多项功能密集在电路板或系统内,器件之间的潜在干扰性便提升了。近代通讯应用,输出电压较以往低,工作频率需要提高,对 EMI 噪声的控制,便成为设计上更加重要的一环。通讯系统内的刀峰式设计,便要求结集多项功能在一块板上,并且需要优良的性能表现。ATCA® PICMG 3.0 规格支持频宽 2.5 Tb 的19” 机架。一个满载的ATCA® 机架可载有14 块电路板,体积是 19” x 21” x 15”。为要支持更多的功能,每一块电路板可用上 200 W 功率电源。由于每块电路板都需要由一个 48 Vdc 冗余输入供电,要符合 EMI 标准就变得困难。由于每块板上都带电源,无论是采用砖式模块或采用分立元件进行 DC-DC 转换时,都会产生传导和辐射噪声。相对于以往的 compact PCI,功率转换都在板外进行,处理刀峰式设备的 EMI 噪声便非常棘手。

 为了减少板与板,机架与机架间的噪声干扰,ATCA® 要求在电路板上滤掉 EMI 传导噪声。PICMG 3.0 申明,每一块电路板都需要符合EN55022 级别B 的传导噪声要求。透过电路板来达到滤波,使电路板之间的干扰减至最少。同时PICM 3.0 要求整个机架的 EMI 噪声不能超标。在板上分散滤波方式,机架需要的滤波器较小。否则要处理整个 ATCA® 的机架;滤波器需支援差不多 60 A 电流。要足以应付这电流;电感器要求很大,在板上分散滤波,有助于减少对电容器的要求。

  有源 EM I滤波器 (见图3) 可衰减超过 150 kHz 至 30 MHz 间的共模及差模噪声,满足 EN55022 (CISPR22) 要求。这有源滤波器的规格是 48 Vdc母线 (36 – 76 Vdc),额定电流 7 A,可支持多种DC-DC 转换器,电路板负载温度达 60°F。

有源滤波器 (QP1标签)与DC-DC转换器的连接图

图3 – 有源滤波器 (QP1标签)与DC-DC转换器的连接图。

CIN及C1、C2、C3及C4的值通常由转换器生产商建议。

  与无源方案相比,这有源滤波器可减少共模扼流圈占用的空间,提供了一个体积细的表面贴装器件。特别是有源 EMI 滤波器同时减少电感体积,令整个EMI 滤波器只有 1” x 1” x 0.2” 大小。细小体积减少占用电路板的空间,薄身更可让空气在组件上面流动,帮助散热。有源滤波器的额定电流 7 A,足够支持 200 W ATCA® 电路板。  

  图4 显示一个 DC-DC 转换器连上有源滤波器之前与之后的噪声测试图。这连接是使用标准的测量技术,以及合符 CISPR22 的要求。结果显示一个标准 DC-DC 转换器的总噪声低于 EN55022 级别B 准波峰检测水平。测试图证明了有源滤波器有效地滤掉传导噪声至低于所需标准。

一个DC-DC 转换器连上有源EMI滤波器 (右边) 与没有滤波器 (左边) 的传导噪声情况

图4 – 一个DC-DC 转换器连上有源EMI滤波器 (右边) 与没有滤波器 (左边) 的传导噪声情况。

  多功能输入滤波模块

  有些 DC-DC 转换器供货商同样提供 AC-DC 前端模块,其中一些 AC-DC 元件附多项功能,如 EMI 滤波。例如,其中一个滤波及整流模块便带 EMI 滤波,自动调节整流及浪涌电流限制等多项功能,并能符合 Telcordia,FCC,ETSI 及欧洲标准对 EMI 的要求。

 
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