如何抑制电源设计中的 EMI 噪声

[导读]假设我们正在为内燃机应用（割草机、链锯或汽车）设计降压电源。对于此应用，我们知道我们需要满足 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR)（或联邦通信委员会 [FCC]）电磁干扰 (EMI) 规范。有多种减轻 EMI 的方法，包括识别重要的 EMI 干扰源、找出任何耦合路径、仔细设计电路布局以减轻干扰，以及添加滤波器和缓冲器。这些步骤中的每一个都需要时间，并且在不反复试验的情况下很难完成。此外，我们需要专门的设备和环境来测试 EMI。但是对于我们的所有麻烦，除了通过 CISPR 规范之外还有其他好处。

假设我们正在为内燃机应用（割草机、链锯或汽车）设计降压电源。对于此应用，我们知道我们需要满足 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR)（或联邦通信委员会 [FCC]）电磁干扰 (EMI) 规范。有多种减轻 EMI 的方法，包括识别重要的 EMI 干扰源、找出任何耦合路径、仔细设计电路布局以减轻干扰，以及添加滤波器和缓冲器。这些步骤中的每一个都需要时间，并且在不反复试验的情况下很难完成。此外，我们需要专门的设备和环境来测试 EMI。但是对于我们的所有麻烦，除了通过 CISPR 规范之外还有其他好处。

让我们讨论一种解决传导 EMI 噪声的 EMI 缓解方法：使用输入滤波器。电源输入滤波器可防止电源线上的高频电压通过电源转换器后出现。我们必须仔细设计稳定的滤波器，避免大浪涌电流并避免降低环路响应，同时在效率、尺寸和成本之间实现良好的折衷。降压拓扑中的 TPS54360 在 10V DC -14V DC 下运行，并在 2A 的输出端提供 3.3V。图 1 中显示的电路是使用 WEBENCH® 电源设计器创建的，是我将在本文中探讨的设计。

如何抑制电源设计中的 EMI 噪声

图 1：TPS54360 降压电源电路示例

谁知道呢，你可能很幸运，不需要过滤器。在我们进行一些计算之前，我们不会确切知道。剧透警告！在这个例子中，我们并不走运。

以下是创建输入过滤器的步骤：

· 识别最高噪声成分和最高噪声发生的频率。

· 确定需要多少衰减才能满足噪声规范。

· 选择滤波器类型，例如无阻尼电感电容、并联阻尼、串联阻尼等。

· 确定滤波器类型的输出阻抗和传递函数方程。

· 为滤波器选择元件（电感器、电容器、电阻器）以实现这些目标：

· 提供必要的噪声衰减，特别是在主频率下。

· 使电源保持稳定。

· 不会显着影响环路补偿。

· 满足成本和尺寸目标的现成组件可用。

· 测量传导噪声的原型，并验证电路是否满足所有频率的规范。（我们知道这是如何工作的……如果测量结果表明电路不符合规格，则需要冲洗、清洗和重复，然后重新开始选择过滤器和组件。）

为了让事情变得更简单，WEBENCH Power Designer 有一个输入过滤器工具，可以进行计算并选择过滤器类型和组件以满足我们的标准。

假设最高噪声分量通常位于开关模式电源 (SMPS) 的开关频率处。使用 TPS54360 的电源电路的开关频率为 918kHz。我们可以通过在最坏情况下操作或最高输入电流（在本例中为 2.3A）下的测量来估计噪声或获得开关频率下的基线噪声系数。有关评估 EMI 衰减和测量的更多详细信息.

重要的是要了解未滤波的电路相位裕度和增益交叉频率，即 60.5 度，交叉频率为 58.8kHz。

该电路在 918kHz 时具有惊人的 90dBµV。在该频率下，CISPR 25 Class 5 规范为 54dBµV。所以你需要一个能衰减 36dBµV 或更多的滤波器。我们还可以预期额外的谐波可能远高于规格，因此我们需要验证我们是否满足 1-100kHz 频谱的规格，并在整个范围内减轻高于规格的任何噪声。为此，我们需要选择过滤器拓扑。我将使用并联阻尼滤波器拓扑，因为这种拓扑解决了衰减问题，有助于保持稳定的电源并满足阻抗要求。

首先选择电感 Lf_inpflt，然后计算正确的滤波电容 Cf_inpflt。我们必须谨慎选择，因为 Lf_inpflt 的大值和小电容值会导致输入不稳定并干扰电源的运行。为避免这种情况，请使用阻尼电容 Cb_inpflt 和 Rd_inpflt（以降低滤波器在截止频率处的输出峰值阻抗）。

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