發布日期：2022-10-09 點擊率：64
1. 前言
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。
DC/DC 轉換器通過電源線進行傳導噪聲的傳播。很多 DC/DC 轉換器 IC 帶有擴頻功能，可以減小噪聲濾波器的器件尺寸和降低 BOM 成本。為了將傳 導噪聲水平降低到可以接收的水平，需要使用輸入濾波器。本應文就DC/DC 轉換器的輸入濾波器的設計和注意事項進行了說明。
2. 產生傳導噪聲的原因
工程師非常熟悉開關電源的高效率會帶來小體積和重量輕的優點，但許多人也深受電噪聲的困擾。然而，先進的設計會選擇使用低噪聲的器件和拓撲來改進噪聲，例如諧振拓撲。“頻率抖動”之類的技術也有助于降低測量帶寬中的電磁輻射。開關電源中的噪聲來源于半導體的快速切換，通常想獲得高效率，開關波形上升和下降的時間是以納秒為單位的，高的dV/dt和di/dt電平不能完全被開關電源所抑制，就有可能在輸入或輸出線上呈現出傳導的電壓或電流尖峰噪聲。根據傅里葉分析，一般開關波形的電磁輻射分析如圖1所示，隨著上升/下降時間Tr, Tf減小，輻射帶寬也隨之增加，而增加的幅度則受到Ton/Tp [1]波形占空的影響。
DC/DC 轉換器的輸入電流會根據 DC/DC 轉換器的開關頻率進行 周期性的變化。在輸入電容器的等效串聯電阻（ESR）上，由于 交流的輸入電流會產生紋波電壓。該紋波電壓的振幅，本質上取 決于所使用電容器的 ESR。 電解電容和高分子電容的 ESR 范圍從幾個毫歐姆到幾個歐姆， 相對來說阻值較大。因此，當使用上述種類的電容器時，紋波電壓的振幅也會變大。與此相對的，多層陶瓷電容（MLCC）的 ESR 只有幾個毫歐姆，非常得小，因此紋波電壓也只有幾個 mV。 可以使用示波器的時域分析功能，對 DC/DC 轉換器的輸入 AC 波 形進行分析。 這樣，在 DC/DC 轉換器的設計階段，能夠比較容易地實現干擾
頻譜的測量，給傳導噪聲/EMC 問題提供了一個簡單的評估方法。
3. 噪音類型
傳導噪聲有差分模式（DM）和共模（CM）兩種類型，它們通常在某種程度上同時存在。DM噪聲為電力線回路之間測得的電壓。CM噪聲為電源線和系統接地之間測得，通常為定義阻抗的電壓。這是因為功率轉換器通常是高頻CM噪聲的電流源。
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） 會流入接地 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。
下一章介紹如何設計濾波器。
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