使用過(guò)濾器電容器和誘導(dǎo)器來(lái)抑制受輻射的EMI

抑制電磁干擾的最常用方法之一是使用過(guò)濾電容器和感應(yīng)器,這一條探討了如何通過(guò)討論這些過(guò)濾部件的阻力特性和設(shè)計(jì)方法,在雙活橋轉(zhuǎn)換器中對(duì)這些過(guò)濾部件加以管理。

Radiated EMI Model of a Dual Active Bridge Converter

當(dāng)開(kāi)關(guān)管(M1)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)打開(kāi)時(shí),當(dāng)前路徑按以下順序發(fā)生:輸入電壓(V)INM1. 引導(dǎo)電流(I)L上升,導(dǎo)致吸收器中能源儲(chǔ)存(見(jiàn)圖1)。

Figure 1: Topology and Physical Diagram of a Dual Active Bridge Converter

圖2顯示輻射的EMI原則,左邊圖2a顯示底極天線的輻射原則,右邊圖2b顯示一般輻射的EMI模式。

圖2a顯示天線的能量流入三個(gè)不同部分。 一部分在兩極之間產(chǎn)生共鳴,不向空間輻射,在空間中jXA與反應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的阻力。r. 能量的最后一部分因天線的抗力而消散,而天線的抗力則以R為模型l.

圖2b顯示一般輻射 EMI 模型。 轉(zhuǎn)換器可以通過(guò)同等的噪音源進(jìn)行模擬( V) 。S和來(lái)源障礙(由真實(shí)部分R代理)S和想象部分 XS).

Figure 2: Radiated EMI Principles

CM 當(dāng)前(一)A振幅 (I)A)可以用等式(1)計(jì)算:

何處RA是R之和l和 R 和 Rr和當(dāng)前系數(shù)(K)I是一個(gè)與I成比例的系數(shù)A.

為確定輻射的 EMI, 將測(cè)量轉(zhuǎn)換器在設(shè)定距離范圍內(nèi)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。 考慮電場(chǎng)強(qiáng)度最大值的電場(chǎng)( E) 。MAX在轉(zhuǎn)換器距離(r)處,可按等分(2)估算:

是波阻力,D是方向性。半徑(r)是該方向的最大功率密度(D)與球平均功率密度和電場(chǎng)強(qiáng)度系數(shù)(K)之比。E是一個(gè)與輻射電場(chǎng)強(qiáng)度直接成正比的系數(shù)。

可通過(guò)測(cè)試獲得天線和轉(zhuǎn)換器的阻力。

KI可以用等量(3)計(jì)算:

KE可使用等式(4)計(jì)算:

自XX以來(lái)S和XA他們可以相互取消對(duì)方。S和 R 和 RA很小,在頻譜上觀測(cè)到峰值。

圖3顯示了雙活橋轉(zhuǎn)換器源阻塞和天線阻塞的測(cè)量結(jié)果。S和XA曲線交叉四次。 XS和XA只有處于相反階段(圖3第1和第2點(diǎn))時(shí),才能相互注銷(xiāo)(圖3第1和第2點(diǎn))。A位置 2 的位置非常大( 接近1000- 28) , 此時(shí)點(diǎn)不太可能發(fā)生共振峰值。 相反, RA位置 1 僅 約 100 年( 位置 1 的頻率約為 167 MHz )。

Figure 3: Source Impedance and Antenna Impedance of Dual Active Bridge Converter

圖4顯示KI和K和KE曲線。

Figure 4: KI和K和KE Calculations

圖5顯示了測(cè)量的I的頻譜A和散熱的EMI。

Figure 5: Measured CM Current和 R 和 Radiated EMI Spectrum

在167MHz的167MHz,觀察到X的共振峰值S和XA相互注銷(xiāo),RSR RA實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可以核實(shí)這些結(jié)果。

Impact and Design Methodology of the CM Inductor on Radiated EMI

在輸入或輸出終端添加內(nèi)裝內(nèi)裝導(dǎo)管導(dǎo)管是抑制輻射電離電離層的一種常用方法。 導(dǎo)引的高頻模型通常必須考慮其等效能力的影響(C)。P和同等抗力(R)P(見(jiàn)圖6)。

Figure 6: CM Inductance和 R 和 Radiation Model Considering Inductance

為簡(jiǎn)化輻射模型,引文模型可表述為一系列抵抗(R)形式(R)。CM和反應(yīng)(X)CM通過(guò)對(duì)圖2b所示模型應(yīng)用引文模型,我們可以在圖6中獲取內(nèi)管導(dǎo)文和輻射模型。CM和XCM頻率隨頻率變化而變化。在這種情況下,KI和K和KE從等數(shù)(3)和(4)起必須修改(3)和(4),以計(jì)算CM當(dāng)前系數(shù)(K)ICM_ ICM和CM電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度系數(shù)(K)和CM電場(chǎng)強(qiáng)度系數(shù)(K)企業(yè)內(nèi)容管理(_ECM)).

KICM_ ICM可以用等分(5)計(jì)算:

K企業(yè)內(nèi)容管理(_ECM)可用等式(6)計(jì)算:

CM導(dǎo)體對(duì)輻射有三種影響:

輻射 EMI 頻譜變化中的共振頻率。

抵抗運(yùn)動(dòng)(R)SR RAR RCM系數(shù)增加。

反應(yīng) (X)SX 十AX 十CM在系數(shù)中,各有不同。

下文將進(jìn)一步詳細(xì)分析反應(yīng)和抗藥性。

Inductor Reactance

感應(yīng)器的反反應(yīng)可以是正的或負(fù)的。 感應(yīng)器顯示感應(yīng)行為( X)CM當(dāng)?shù)陀谄渥苑磻?yīng)頻率時(shí)(f)CM)),它表明當(dāng)它高于 f 時(shí)的能力行為。CM (XCM是負(fù)數(shù)。 f)CM可用等式(7)估算:

考慮XCM在原始共振頻率(167MHz)時(shí)(167MHz),如果 XCM是負(fù)( 能力) , 新的共振頻率增加; 如果 XCM是正的(感應(yīng)的),新的共振頻率下降。S)通常會(huì)隨著頻率的增加而減少,因此建議增加共振頻率,使這一頻率的輻射電流小一些。CM以原始共振頻率為負(fù)值。

同樣重要的是,要防止因添加一個(gè)感應(yīng)器而出現(xiàn)新的共振峰值。A)是電能和XCM當(dāng)共振頻率低于f時(shí)仍具有感應(yīng)性CM, XCM必須小于 XA避免阻力交叉和由此引起的共鳴激增。

Inductor Resistance

RCM以 f 計(jì)的最大值CM。為避免釘釘,選擇一個(gè)能確保 f 的提示符。CM盡可能接近新的共振頻率。

圖7顯示了符合上述標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)管導(dǎo)引器的阻力曲線。

Figure 7: Impedance Curve of a CM Inductor

圖8與K的比較I和K和KE添加 CM 感應(yīng)器前后的曲線。 CM 感應(yīng)器減少 KI和K和KE約13日,

Figure 8: Comparison of KI和K和KE with or without CM Inductors

圖9顯示了I的測(cè)試結(jié)果A(在左側(cè))和散射的EMI(在右側(cè)),無(wú)論在電路中是否有內(nèi)管導(dǎo)引器。

Figure 9: Comparison of CM Current和 R 和 Radiated EMI with and without a CM Inductor

這些結(jié)果顯示,添加內(nèi)管誘導(dǎo)器可以抑制電離層電離層電離層先前的峰值。I和K和KE在添加了CM導(dǎo)管后,167MHz的噪音符合FCC B級(jí)輻射 EMI標(biāo)準(zhǔn),但差幅很小。在30MHz,噪音仍然高于標(biāo)準(zhǔn)。

Impact and Design Methodology when Using a Y-Capacitor for Radiated EMI

可以考慮用于抑制的其他過(guò)濾元件,例如Y-電容器。連接輸入和輸出的Y-電容器是另一種流行的抑制EMI的方法。 與輸入器模型類似,Y-電容器模型可以表述為一系列等效序列抵抗力(ESR,代表R)。Y和反應(yīng)(X)Y(見(jiàn)圖10)。

Figure 10: Radiated EMI Model Considering Y-Capacitance

一般來(lái)說(shuō),Y電容器的RY此外,只有在Y電容器阻力比天線阻力小得多的情況下,EMI噪音才能被繞過(guò)。 因此,我們可以假定,X的阻力比天線阻力小得多。YXA根據(jù)這些假設(shè),修改后的當(dāng)前系數(shù)(K)I_Y和電場(chǎng)強(qiáng)度系數(shù)(K)和電場(chǎng)強(qiáng)度系數(shù)(K)E_Y)可以獲取。

KI_Y可以用等量(8)計(jì)算:

KE_Y可使用等式(9)計(jì)算:

EMI Reduction at 30MHz and 167MHz

由于需要進(jìn)一步抑制30MHz和167MHz的電離層磁層噪音,可以在這兩個(gè)頻帶下進(jìn)行分析。

根據(jù)圖3,X中的阻力曲線A* R , R , R , R , R , R , R R , R R , R R , R R , R R , R R , R RA, XS和 RS比較K(K)I_Y和K和KI(或 K)E_Y可以從 K 觀測(cè)到EY電容器的插入損失用等量(10)計(jì)算:

為有效制止EMI, 插入損失必須低于1, 其數(shù)值較小表明對(duì)EMI有更好的影響。 這意味著 X 。Y必須低于 XS和XY根據(jù)圖3中的測(cè)量結(jié)果,如果X是X的話。Y在30MHz時(shí)具有行為能力,其能力必須超過(guò)86pF,以確保插入損失低于1;如果XY在30MHz起導(dǎo),其起導(dǎo)力必須低于327nH,以確保插入損失低于1。

167MHz,阻力曲線顯示RAXA, XS和 RS通過(guò)簡(jiǎn)化,插入損失與等等式(10)一致。Y在167MHz 167MHz時(shí)具有行為能力,其能力應(yīng)超過(guò)30pF;如果XY位于167MHz,其引力應(yīng)低于30nH。

圖11顯示了兩個(gè)可行的Y-電容器及其阻力曲線,將兩個(gè)頻率波段的要求結(jié)合起來(lái)。左邊的藍(lán)色曲線顯示100pF Y-電容器,右邊的黑色曲線顯示470pF Y-電容器。在30MHz,470pF電容器的阻力較低,這對(duì)電離層抑制更好。在167MHz, 100pF電容器顯示性能較好。

Figure 11: Impedance of Y-Capacitor at 100pF (Blue) and 470pF (Black)

圖12a顯示不同Y-電容器對(duì)K的影響比較I和K和KE系數(shù)。 100pF 和 470pF Y 電容器都可以有效抑制 EMI 。 此外, 100pF 電容器在167MHz 頻帶中具有重大影響,而 470pF 電容器在 30MHz 頻帶中更有效,這也與先前的理論分析一致。

圖12b顯示了EMI測(cè)量結(jié)果,這些結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了理論分析。當(dāng)使用不同的Y電容器時(shí),輻射EMI在不同頻帶中不同程度地下降,這種減少與預(yù)測(cè)結(jié)果一致。從這些結(jié)果可以看出,在輻射EMI的設(shè)計(jì)中,過(guò)濾元素可以調(diào)整,以抑制特定的頻帶。

Figure 12: Comparing KI, KE和 Radiated EMI

Principles of LC Filter Design

當(dāng)電路中同時(shí)存在電導(dǎo)器和電容器過(guò)濾器部件時(shí)(見(jiàn)圖13),設(shè)計(jì)應(yīng)遵循阻力錯(cuò)配原則。如果源阻力小,則使用具有大規(guī)模阻力序列的過(guò)濾器;如果負(fù)荷阻力大,則將繞電容器與小型阻力平行連接。

Figure 13: Radiated EMI Model with both the Inductor and Capacitor as Filter Components

Conclusion

文章回顧了輻射電離層基本模型,并引入了產(chǎn)生輻射電離層釘子的原則。 然后,我們考慮了一個(gè)雙活橋轉(zhuǎn)換器,以觀察CM噪聲如何受到內(nèi)管導(dǎo)管和Y電容器的影響。

在電導(dǎo)頻帶中,過(guò)濾器元件的低頻率特性通常用于抑制電離層,在輻射頻帶中,過(guò)濾器元件的誤差參數(shù)通常用于更有效地實(shí)現(xiàn)電離層抑制。

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審核編輯：彭菁