如何抑制来自开关电源的复杂的FM频段传导辐射?

   2025-10-14 电子工程世界20
本文导读:虽然EMI屏蔽和铁氧体夹是较受欢迎的EMI解决方案,但它们价格昂贵、体积笨重,有时使用效果不理想。我们可以通过了解FM频段EMI噪声的来源,以及利用电路和PCB设计技术从源头进行抑制,以降低这些噪声。电源网络的EMI

虽然EMI屏蔽和铁氧体夹是较受欢迎的EMI解决方案,但它们价格昂贵、体积笨重,有时使用效果不理想。我们可以通过了解FM频段EMI噪声的来源,以及利用电路和PCB设计技术从源头进行抑制,以降低这些噪声。

电源网络的EMI性能在噪声敏感型系统中至关重要,例如汽车电路,尤其是涉及开关模式电源(SMPS)的情况下。工程师们可能需要花费大量时间来减少传导辐射(CE)和电磁辐射骚扰(RE)。特别是,在测量CE时,FM频段(76 MHz至~108 MHz)可能是最难达到要求并通过测试的区域。设计人员可能需要花费大量时间来解决这一问题。为何FM频段中的CE噪声如此难以消除?

低频(AM频段)CE中的噪声主要为差模(DM)噪声。高频(FM频段)CE中的噪声主要为共模(CM)噪声。1共模噪声电流由PCB上电压变化的节点产生。电流通过杂散电容泄漏至参考地,然后返回正负输入电缆(参见图1)。因为PCB周围的杂散电容非常复杂,所以无法仿真杂散电容和预估FM频段的传导EMI。最好是在EMI室中测试电路板。

图1.传导辐射、共模噪声电流路径

在实验室中,有些行之有效的方法可以有效降低FM频段的EMI,包括改变开关频率、开关压摆率、开关节点布局、热回路布局、电感,甚至是输入电缆和负载的位置。每种方法的功效因电路板而异。

本文探讨几种简单的低成本方法,可以在不使用铁氧体夹或屏蔽的情况下降低电路板上的FM频段传导EMI。我们在经过认证的EMI室中,将LT3922-1汽车HUD LED驱动器装载到电路板上,然后执行电流探头CE测试,以验证结果,如图2所示。

图2.LT3922-1汽车HUD LED驱动器的简化原理图

在本次测试中,我们根据CISPR 25 EMI设置,采用电流探头法来测量CE,如图3所示。我们可以使用电压探头法或电流探头法来测试CE,但大家普遍认为电流探头法标准更加严格。电流CE方法不是测量LISN的电压输出,而是利用高带宽电流探头来测量通过电源线或线束传送的CM噪声信号,它们分别距离DUT 50 mm和750 mm。每次扫描时采集CE的峰值和平均数据,并与公布的标准限值进行比较。

图3.EMI测试室(50 mm)中的CISPR 25电流探头CE传导辐射设置

使用电流探头方法时,CISPR 25 Class 5中描述的FM频段平均CE限值低至16 dBA。这里,我们展示几种在使用电流探头法测试CE时,可以有效改善FM频段的测试结果的方法。其中许多方法也可用于在使用电压探头法测试CE时改善测试结果。

除非另有说明,本次研究中进行的所有测试均启用SSFM功能。启用SSFM之后,开关频率及其谐波下的EMI尖峰都会降低。

共模扼流圈可抑制EM频段的EMI噪声

CM噪声电流是在开关过程中产生的,通过杂散电容泄漏到参考地,然后通过同一方向的输入电源和回路返回。通过使用CM扼流圈提高回路中的共模阻抗,可以抑制多余的CM噪声。

图4显示了50 mm和750 mm平均电流探头CE结果,对不安装扼流圈的初始电路和将扼流圈安装在LED驱动器电路之前的电路进行比较。图中也显示了环境本底噪声作为参考。FM频段CE(76 MHz至~108 MHz)降低了8 dBA以上。

表一. 测试所用电感的测试规格比较

 
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