使用過濾器電容器和誘導器來抑制受輻射的EMI

抑制電磁干擾的最常用方法之一是使用過濾電容器和感應器,這一條探討了如何通過討論這些過濾部件的阻力特性和設計方法,在雙活橋轉換器中對這些過濾部件加以管理。

Radiated EMI Model of a Dual Active Bridge Converter

當開關管(M1)在一個開關周期內打開時,當前路徑按以下順序發生:輸入電壓(V)INM1. 引導電流(I)L上升,導致吸收器中能源儲存(見圖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不同部分。 一部分在兩極之間產生共鳴,不向空間輻射,在空間中jXA與反應力相對應的阻力。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。 轉換器可以通過同等的噪音源進行模擬( V) 。S和來源障礙(由真實部分R代理)S和想象部分 XS).

Figure 2: Radiated EMI Principles

CM 當前(一)A振幅 (I)A)可以用等式(1)計算:

何處RA是R之和l和 R 和 Rr和當前系數(K)I是一個與I成比例的系數A.

為確定輻射的 EMI, 將測量轉換器在設定距離范圍內產生的電磁場強度。 考慮電場強度最大值的電場( E) 。MAX在轉換器距離(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強度系數(K)之比。E是一個與輻射電場強度直接成正比的系數。

可通過測試獲得天線和轉換器的阻力。

KI可以用等量(3)計算:

KE可使用等式(4)計算:

自XX以來S和XA他們可以相互取消對方。S和 R 和 RA很小,在頻譜上觀測到峰值。

圖3顯示了雙活橋轉換器源阻塞和天線阻塞的測量結果。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)時,才能相互注銷(圖3第1和第2點)。A位置 2 的位置非常大( 接近1000- 28) , 此時點不太可能發生共振峰值。 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,RSR RA實驗結果也可以核實這些結果。

Impact and Design Methodology of the CM Inductor on Radiated EMI

在輸入或輸出終端添加內裝內裝導管導管是抑制輻射電離電離層的一種常用方法。 導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(見圖6)。

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

為簡化輻射模型,引文模型可表述為一系列抵抗(R)形式(R)。CM和反應(X)CM通過對圖2b所示模型應用引文模型,我們可以在圖6中獲取內管導文和輻射模型。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(3)和(4)起必須修改(3)和(4),以計算CM當前系數(K)ICM_ ICM和CM電場電場強度系數(K)和CM電場強度系數(K)企業內容管理(_ECM)).

KICM_ ICM可以用等分(5)計算:

K企業內容管理(_ECM)可用等式(6)計算:

CM導體對輻射有三種影響:

輻射 EMI 頻譜變化中的共振頻率。

抵抗運動(R)SR RAR RCM系數增加。

反應 (X)SX 十AX 十CM在系數中,各有不同。

下文將進一步詳細分析反應和抗藥性。

Inductor Reactance

感應器的反反應可以是正的或負的。 感應器顯示感應行為( X)CM當低于其自反應頻率時(f)CM)),它表明當它高于 f 時的能力行為。CM (XCM是負數。 f)CM可用等式(7)估算:

考慮XCM在原始共振頻率(167MHz)時(167MHz),如果 XCM是負( 能力) , 新的共振頻率增加; 如果 XCM是正的(感應的),新的共振頻率下降。S)通常會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值。

同樣重要的是,要防止因添加一個感應器而出現新的共振峰值。A)是電能和XCM當共振頻率低于f時仍具有感應性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 計的最大值CM。為避免釘釘,選擇一個能確保 f 的提示符。CM盡可能接近新的共振頻率。

圖7顯示了符合上述標準的內管導引器的阻力曲線。

Figure 7: Impedance Curve of a CM Inductor

圖8與K的比較I和K和KE添加 CM 感應器前后的曲線。 CM 感應器減少 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的測試結果A(在左側)和散射的EMI(在右側),無論在電路中是否有內管導引器。

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

這些結果顯示,添加內管誘導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導管后,167MHz的噪音符合FCC B級輻射 EMI標準,但差幅很小。在30MHz,噪音仍然高于標準。

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

可以考慮用于抑制的其他過濾元件,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(X)Y(見圖10)。

Figure 10: Radiated EMI Model Considering Y-Capacitance

一般來說,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。 因此,我們可以假定,X的阻力比天線阻力小得多。YXA根據這些假設,修改后的當前系數(K)I_Y和電場強度系數(K)和電場強度系數(K)E_Y)可以獲取。

KI_Y可以用等量(8)計算:

KE_Y可使用等式(9)計算:

EMI Reduction at 30MHz and 167MHz

由于需要進一步抑制30MHz和167MHz的電離層磁層噪音,可以在這兩個頻帶下進行分析。

根據圖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 觀測到EY電容器的插入損失用等量(10)計算:

為有效制止EMI, 插入損失必須低于1, 其數值較小表明對EMI有更好的影響。 這意味著 X 。Y必須低于 XS和XY根據圖3中的測量結果,如果X是X的話。Y在30MHz時具有行為能力,其能力必須超過86pF,以確保插入損失低于1;如果XY在30MHz起導,其起導力必須低于327nH,以確保插入損失低于1。

167MHz,阻力曲線顯示RAXA, XS和 RS通過簡化,插入損失與等等式(10)一致。Y在167MHz 167MHz時具有行為能力,其能力應超過30pF;如果XY位于167MHz,其引力應低于30nH。

圖11顯示了兩個可行的Y-電容器及其阻力曲線,將兩個頻率波段的要求結合起來。左邊的藍色曲線顯示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K的影響比較I和K和KE系數。 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測量結果,這些結果進一步驗證了理論分析。當使用不同的Y電容器時,輻射EMI在不同頻帶中不同程度地下降,這種減少與預測結果一致。從這些結果可以看出,在輻射EMI的設計中,過濾元素可以調整,以抑制特定的頻帶。

Figure 12: Comparing KI, KE和 Radiated EMI

Principles of LC Filter Design

當電路中同時存在電導器和電容器過濾器部件時(見圖13),設計應遵循阻力錯配原則。如果源阻力小,則使用具有大規模阻力序列的過濾器;如果負荷阻力大,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,并引入了產生輻射電離層釘子的原則。 然后,我們考慮了一個雙活橋轉換器,以觀察CM噪聲如何受到內管導管和Y電容器的影響。

在電導頻帶中,過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,過濾器元件的誤差參數通常用于更有效地實現電離層抑制。

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審核編輯：彭菁