99精品伊人亚洲|最近国产中文炮友|九草在线视频支援|AV网站大全最新|美女黄片免费观看|国产精品资源视频|精彩无码视频一区|91大神在线后入|伊人终合在线播放|久草综合久久中文

0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

差模 (DM) 和共模 (CM) 傳導(dǎo)發(fā)射噪聲分量的噪聲源和傳播路徑

電子設(shè)計 ? 來源:電子設(shè)計 ? 作者:電子設(shè)計 ? 2022-01-20 11:15 ? 次閱讀
加入交流群
微信小助手二維碼

掃碼添加小助手

加入工程師交流群

簡介

高開關(guān)頻率是在電源轉(zhuǎn)換技術(shù)發(fā)展過程中促進尺寸減小的主要因素。為了符合相關(guān)法規(guī),通常需要采用電磁干擾 (EMI) 濾波器,而該濾波器通常在系統(tǒng)總體尺寸和體積中占據(jù)很大一部分,因此了解高頻轉(zhuǎn)換器的 EMI 特性至關(guān)重要。

在本系列文章的第 2 部分,您將了解差模 (DM) 和共模 (CM) 傳導(dǎo)發(fā)射噪聲分量的噪聲源和傳播路徑,從而深入了解 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo) EMI 特性。本部分將介紹如何從總噪聲測量結(jié)果中分離出 DM/CM 噪聲,并將以升壓轉(zhuǎn)換器為例,重點介紹適用于汽車應(yīng)用的主要 CM 噪聲傳導(dǎo)路徑。

DM和CM傳導(dǎo)干擾

DM 和 CM 信號代表兩種形式的傳導(dǎo)發(fā)射。DM 電流通常稱為對稱模式信號或橫向信號,而 CM 電流通常稱為非對稱模式信號或縱向信號。圖 1 顯示了同步降壓和升壓 DC/DC 拓撲中的 DM 和 CM 電流路徑。Y 電容 CY1 和 CY2 分別從正負電源線連接到 GND,輕松形成了完整的 CM 電流傳播路徑。

DM傳導(dǎo)噪聲

DM 噪聲電流 (IDM) 由轉(zhuǎn)換器固有開關(guān)動作產(chǎn)生,并在正負電源線 L1 和 L2 中以相反方向流動。DM 傳導(dǎo)發(fā)射為“電流驅(qū)動型”,與開關(guān)電流 (di/dt)、磁場和低阻抗相關(guān)。DM 噪聲通常在較小的回路區(qū)域流動,返回路徑封閉且緊湊。

例如,在連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 下,降壓轉(zhuǎn)換器會產(chǎn)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(xiàn)為噪聲。降壓轉(zhuǎn)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(lián)電感 (ESL) 和等效串聯(lián)電阻 (ESR)),有些諧波難免會以 DM 噪聲形式出現(xiàn)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(dǎo)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(dǎo)發(fā)射為“電壓驅(qū)動型”,與高轉(zhuǎn)換率電壓 (dv/dt)、電場和高阻抗相關(guān)。在非隔離式 DC/DC 開關(guān)轉(zhuǎn)換器中,由于 SW 節(jié)點處的 dv/dt 較高,產(chǎn)生了 CM 噪聲,從而導(dǎo)致產(chǎn)生位移電流。該電流通過與 MOSFET 外殼、散熱器和 SW 節(jié)點走線相關(guān)的寄生電容耦合到 GND 系統(tǒng)。與轉(zhuǎn)換器輸入或輸出端的接線較長相關(guān)的耦合電容也可能構(gòu)成 CM 噪聲路徑。

圖 1 中的 CM 電流通過輸入 EMI 濾波器的 Y 電容(CY1 和 CY2)返回。另一條返回路徑為,通過 LISN 裝置(在本系列文章的第 1 部分中討論過)的 50Ω 測量阻抗返回,這顯然是不合需要的。盡管 CM 電流的幅值遠小于 DM 電流,但相對來說更難以處理,因為它通常在較大的傳導(dǎo)回路區(qū)域流動,如同天線一般,可能增加輻射 EMI。

圖 2 顯示了 Fly-Buck(隔離式降壓)轉(zhuǎn)換器的 DM 和 CM 傳導(dǎo)路徑。CM 電流通過變壓器 T1 的集總繞組間電容(圖 2 中的 CPS)流到二次側(cè),并通過接地 GND 連接返回。圖 2 還顯示了 CM 傳播的簡化等效電路。

在實際的轉(zhuǎn)換器中,以下元件寄生效應(yīng)均會影響電壓和電流波形以及 CM 噪聲:

MOSFET 輸出電容 (COSS)。

整流二極管結(jié)電容 (CD)。

主電感繞組的等效并聯(lián)電容 (EPC)。

輸入和輸出電容的等效串聯(lián)電感 (ESL)。

相關(guān)內(nèi)容,我將在第 3 部分中進一步詳細介紹。

噪聲源和傳播路徑

正如第 1 部分所述,測量 DC/DC 轉(zhuǎn)換器傳導(dǎo)發(fā)射(對于 CISPR 32 標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定帶寬范圍為 150kHz 至 30MHz;對于 CISPR 25 標(biāo)準(zhǔn),則規(guī)定頻率范圍為更寬的 150kHz 至 108MHz)時,測量的是每條電源線上 50Ω LISN 電阻兩端相對于接地 GND 的總噪聲電壓或“非對稱”干擾。

圖 3 顯示了 EMI 噪聲的產(chǎn)生、傳播和測量模型。噪聲源電壓用 VN 表示,噪聲源和傳播路徑阻抗分別用 ZS 和 ZP 表示。LISN 和 EMI 接收器的高頻等效電路僅為兩個 50Ω 電阻。圖 3 還顯示了相應(yīng)的 DM 和 CM 噪聲電壓 VDM 和 VCM,它們由兩條電源線的總噪聲電壓 V1 和 V2 計算得出。DM(或“對稱”)電壓分量定義為 V1 和 V2 矢量差的一半;而 CM(或“非對稱”)電壓分量定義為 V1 和 V2 矢量和的一半。請注意,本文提供的 VDM 通用定義與 CISPR 16 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值相比,可能存在 6dB 的偏差。

CM 噪聲源阻抗主要是容性阻抗,并且 ZCM 隨頻率的增大而減小。而 DM 噪聲源阻抗通常為阻性和感性阻抗,并且 ZDM 隨頻率的增大而增大。

要降低傳導(dǎo)噪聲水平,確保噪聲源本身產(chǎn)生較少的噪聲是其中的一種方法。對于噪聲傳播路徑,可以通過濾波或其他方法調(diào)整阻抗,從而減小相應(yīng)的電流。例如,要降低降壓或升壓轉(zhuǎn)換器中的 CM 噪聲,需要降低 SW 節(jié)點 dv/dt(噪聲源)、通過減小接地寄生電容來增大阻抗、或者使用 Y 電容和/或 CM 扼流器進行濾波。本系列文章的第 4 部分將詳細介紹 EMI 抑制技術(shù)分類。

DM和CM EMI濾波

無源 EMI 濾波是最常用的 EMI 噪聲抑制方法。顧名思義,這類濾波器僅采用無源元件。將這類濾波器設(shè)計用于電力電子設(shè)備時特別具有挑戰(zhàn)性,因為濾波器端接的噪聲源(開關(guān)轉(zhuǎn)換器)和負載(電線線)阻抗是不斷變化的。

圖 4a 顯示了傳統(tǒng)的 p 型 EMI 輸入濾波器,以及整流和瞬態(tài)電壓鉗位功能(為直流/交流輸入供電的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器提供 EMC 保護)。此外,圖 4 還包括本系列文章第 1 部分中的 LISN 高頻等效電路。

典型 EMI 濾波器的兩個 CM 繞組相互耦合,這兩個繞組的 CM 電感分別為 LCM1 和 LCM2。DM 電感 LDM1 和 LDM2 分別是兩個耦合的 CM 繞組的漏電感,并且還可能包括分立的 DM 電感。CX1 和 CX2 為 DM 濾波器電容,而 CY1 和 CY2 為 CM 濾波器電容。

通過將 EMI 濾波器去耦為 DM 等效電路和 CM 等效電路,可簡化其設(shè)計。然后,可以分別分析濾波器的 DM 和 CM 衰減。去耦基于這樣的假設(shè),即 EMI 濾波器具有完美對稱的電路結(jié)構(gòu)。在實現(xiàn)的對稱濾波器中,假設(shè) LCM1 = LCM2 = LCM,CY1 = CY2 = CY,LDM1 = LDM2 = LDM,并且印刷電路板 (PCB) 布局也完美對稱。DM 等效電路和 CM 等效電路分別如圖 4b 和圖 4c 所示。

但是,嚴(yán)格來說,實際情況下并不存在完美對稱,因此 DM 和 CM 濾波器并不能完全去耦。而結(jié)構(gòu)不對稱可能導(dǎo)致 DM 噪聲轉(zhuǎn)變成 CM 噪聲,或者 CM 噪聲轉(zhuǎn)變成 DM 噪聲。通常,與轉(zhuǎn)換器噪聲源和 EMI 濾波器參數(shù)相關(guān)的不平衡性可能導(dǎo)致這種模式轉(zhuǎn)變。

DM和CM噪聲分離

傳導(dǎo) EMI 的初始測量結(jié)果通常顯示 EMI 濾波器衰減不足。為了獲得適當(dāng)?shù)?EMI 濾波器設(shè)計,必須獨立研究待測設(shè)備 (EUT) 產(chǎn)生的傳導(dǎo)發(fā)射的 DM 和 CM 噪聲電壓分量。

將 DM 和 CM 分開處理有助于確定相關(guān) EMI 源并對其進行故障排除,從而簡化 EMI 濾波器設(shè)計流程。正如我在上一部分強調(diào)的那樣,EMI 濾波器采用了截然不同的濾波器元件來抑制 DM 和 CM 發(fā)射。在這種情況下,一種常見的診斷檢查方法是將傳導(dǎo)噪聲分離為 DM 噪聲電壓和 CM 噪聲電壓。

圖 5 顯示了無源和有源兩種實現(xiàn)形式的 DM/CM 分離器電路,該電路有助于直接同時測量 DM 和 CM 發(fā)射。圖 5a 中的無源分離器電路 [4] 使用寬帶 RF 變壓器(如 Coilcraft 的 SWB1010 系列)在 EMI 覆蓋的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)可接受的分離結(jié)果,其中 T1 和 T2 的特征阻抗 (ZO) 分別為 50Ω 和 100Ω。將一個 50Ω 的電阻與 DM 輸出端口的頻譜分析儀的輸入阻抗串聯(lián),實現(xiàn)圖 3 中提供的 VDM 表達式的“除 2”功能。

poYBAGGKUs6AWe8HAALfyCtiBn4083.png

圖 5:實現(xiàn)的用于分離 DM/CM 噪聲的無源 (a) 和有源 (b) 電路

圖 5b 展示的是使用低噪聲、高帶寬運算放大器的有源分離器電路。U1 和 U2 實現(xiàn)了 LISN 輸出的理想輸入阻抗矩陣,而 U3 和 U4 分別提供 CM 和 DM 電壓。LCM 是一個 CM 線路濾波器(例如 Würth Elektronik 744222),位于差分放大器 U4 的輸入端,用于增大 DM 結(jié)果的 CM 抑制比(共模抑制比 [CMRR] ? - ¥dB)并最大限度地減少 CM/DM 交叉耦合。

實際電路示例-汽車同步升壓轉(zhuǎn)換器

考慮圖 6 中所示的同步升壓轉(zhuǎn)換器。該電路在汽車應(yīng)用中很常見,通常作為預(yù)升壓穩(wěn)壓器在冷啟動或瞬態(tài)欠壓條件下保持電池電壓供應(yīng)。

pYYBAGGKUs-AMWW4AALHNWFO7g4994.png

圖 6:汽車同步升壓轉(zhuǎn)換器(采用 50Ω/5μH LISN,用于 CISPR 25 EMI 測試)

在車輛底盤接地端直接連接一個 MOSFET 散熱器,可以提高轉(zhuǎn)換器的熱性能和可靠性,但共模 EMI 性能會受到影響。圖 6 所示的原理圖中,包含升壓轉(zhuǎn)換器以及 CISPR 25 建議采用的兩個 LISN 電路(分別連接在 L1 和 L2 輸入線上)。

考慮到升壓轉(zhuǎn)換器的 CM 噪聲傳播路徑,圖 7 將 MOSFET Q1 和 Q2 替換為等效的交流電壓流和電流源。圖 7 中,還呈現(xiàn)了與升壓電感 LF、輸入電容 CIN 和輸出電容 COUT 相關(guān)的寄生分量部分。特別是 CRL-GND,它是負載電路與底盤 GND 之間的寄生電容,包括長負載線和布線以及下游負載配置(例如,二次側(cè)輸出連接到底盤接地的隔離式轉(zhuǎn)換器,或者用大型金屬外殼固定到底盤上的電機驅(qū)動系統(tǒng))所產(chǎn)生的寄生電容。

poYBAGGKUtGAHXnBAART6hEuQZQ008.png

圖 7:具有 LISN 的同步升壓拓撲的高頻等效電路,只有在 LISN 中流動的 CM 電流路徑與 CM 發(fā)射測量相關(guān)

漏源開關(guān)(SW 節(jié)點)電壓的上升沿和下降沿代表主要的 CM 噪聲源。CP1 和 CP2 分別代表 SW 與底盤之間以及 SW 與散熱器之間的有效寄生電容。圖 8 顯示了 SW 節(jié)點電容(電場)耦合為主要 CM 傳播路徑時簡化的 CM 噪聲等效電路。

pYYBAGGKUtKASGjzAAHH2VWblds864.png

圖 8:連有 LISN 的同步升壓電路及其簡化 CM 等效電路

總結(jié)

對于電力電子工程師而言,了解各種電源級拓撲中 DM 和 CM 電流的相關(guān)傳播路徑(包括與高 dv/dt 和 di/dt 開關(guān)相關(guān)的電容(電場)和電感(磁場)耦合)非常重要。在 EMI 測試過程中,將 DM 和 CM 發(fā)射分開處理有助于對相關(guān) EMI 源進行故障排除,從而簡化 EMI 濾波器設(shè)計流程。

在即將發(fā)表的本系列文章第三部分中,將全面介紹影響轉(zhuǎn)換器開關(guān)性能和 EMI 信號的電路元件寄生部分。

審核編輯:何安

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
  • 電源管理
    +關(guān)注

    關(guān)注

    117

    文章

    6437

    瀏覽量

    146124
收藏 人收藏
加入交流群
微信小助手二維碼

掃碼添加小助手

加入工程師交流群

    評論

    相關(guān)推薦
    熱點推薦

    老鳥告訴你如何選擇噪聲濾波器

    在當(dāng)前電子產(chǎn)品中,絕大多數(shù)的高速信號都使用地分對結(jié)構(gòu)。分結(jié)構(gòu)有一個好處就是可以降低外界對信號的干擾,但是由于設(shè)計的原因,在傳輸結(jié)構(gòu)上還會受到
    的頭像 發(fā)表于 06-11 17:35 ?294次閱讀
    老鳥告訴你如何選擇<b class='flag-5'>共</b><b class='flag-5'>模</b><b class='flag-5'>噪聲</b>濾波器

    時源芯微 大電源EMC設(shè)計的挑戰(zhàn)

    ,電源連續(xù)工作時輸出負載變化,開關(guān)管電壓波形變化小,電壓變化小。但大功率電源單個拓撲電路難承大功率,多采用多電路并聯(lián),雖解決功率問題卻增加
    的頭像 發(fā)表于 05-19 16:50 ?161次閱讀

    電感(扼流圈)選型

    噪聲噪聲主要來源 對于開關(guān)電源而言,如果整流橋后的儲能濾波大電容為理想電容,即等效串聯(lián)電阻為零(忽略所有電容寄生參數(shù)),則輸入到電源的所有可能的
    發(fā)表于 04-25 16:56

    開關(guān)電源的干擾抑制技術(shù)-開關(guān)電源電磁干擾(EMI)對策詳解

    接收機的BNC端口)上的噪聲電壓被大大減弱了。 圖1 CMDM噪聲電流的耦合
    發(fā)表于 03-27 15:07

    信號與濾波器

    途徑分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo) 噪聲的頻率范圍很寬,從 10kHz~30MHz,僅從產(chǎn)生干擾的原因出發(fā),通過控制脈沖的上升與下降時間來解決干擾問題未必是一個好方法。為此了解
    發(fā)表于 03-20 16:39

    開關(guān)電源的干擾抑制技術(shù)|開關(guān)電源電磁干擾(EMI)對策詳解

    問題是目前電力電子界關(guān)注的主要問題之一。 傳導(dǎo)是電力電子裝置中干擾傳播的重要途徑。干擾和
    發(fā)表于 03-08 10:18

    開關(guān)電源傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射的產(chǎn)生原因及解決對策

    的電磁干擾。在開關(guān)電源輸入電源線中向外傳播的騷擾,既有騷擾、又有騷擾,
    發(fā)表于 03-07 15:31

    用于測量和分離總傳導(dǎo)輻射中的CM噪聲DM噪聲的方法

    開關(guān)穩(wěn)壓器的EMI分為電磁輻射和傳導(dǎo)輻射(CE)。 本文重點討論傳導(dǎo)輻射,其可進一步分為兩類:(CM)
    的頭像 發(fā)表于 01-09 16:15 ?520次閱讀

    噪聲的產(chǎn)生機制是什么

    噪聲,又稱為非對稱噪聲或線路對地的噪聲,是電子電路中一個重要的概念。它是指在信號傳輸過程中,同時出現(xiàn)在信號線與地線(或參考點)之間的
    的頭像 發(fā)表于 10-15 11:50 ?1494次閱讀

    噪聲的定義和特性

    噪聲(Common Mode Noise),又稱為非對稱噪聲或線路對地的噪聲,是指在信號傳輸過程中,同時出現(xiàn)在信號線與地線(或參考點)之
    的頭像 發(fā)表于 10-15 11:47 ?1670次閱讀

    噪聲傳導(dǎo)的兩種模式

    噪聲傳導(dǎo)有兩種模式,一種為傳導(dǎo),一種為
    的頭像 發(fā)表于 10-15 11:33 ?776次閱讀
    <b class='flag-5'>噪聲</b><b class='flag-5'>傳導(dǎo)</b>的兩種模式

    怎么區(qū)分電感和電感

    電感和電感是兩種不同類型的電感器,它們在電路設(shè)計中有著不同的應(yīng)用和作用。 一、電感的
    的頭像 發(fā)表于 08-21 10:10 ?6032次閱讀

    怎么加大電感分量

    的影響。然而,在某些應(yīng)用中,我們需要加大電感分量,以滿足特定的需求。 一、
    的頭像 發(fā)表于 08-21 09:58 ?1334次閱讀

    電感可以當(dāng)差電感用嗎

    電感和電感是兩種不同類型的電感器,它們在電路中的作用和應(yīng)用場景有所不同。在某些情況下,
    的頭像 發(fā)表于 08-08 11:05 ?1759次閱讀

    電感對信號的影響

    在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中,電磁干擾(EMI)是一個不容忽視的問題。電感作為一種有效的EMI抑制元件,廣泛應(yīng)用于電源線路、信號傳輸線路等場合。然而,電感在抑制
    的頭像 發(fā)表于 08-08 11:03 ?1301次閱讀