非孤立轉換器電磁干擾分析和建模方法(第一部分)

在設計電子系統時,確保該裝置符合電磁兼容性(EMC)標準至關重要,這不僅是因為立法機構的要求,而且還因為電磁干擾(EMI)可能導致不穩定和不想要的行為。 由于電磁干擾(EMI)測試通常在最后設計階段進行,因此能夠建模和分析電磁兼容性(EMI)能夠有效地幫助設計者從最初設計階段到整個設計過程中優化電磁兼容性(EMI),幫助他們避免延誤和意外成本。

EMI在電子電路中通過兩種途徑傳播:進行和輻射EMI;通過有物理接觸的電纜或其他導體向受影響的裝置傳送EMI;通過開放空間(無物理接觸)傳送輻射EMI噪音。

由于這些傳播路徑不同,本系列文章將處理第一部分進行的EMI, 第一部分將處理EMI,然后處理輻射EMI,第二部分 第二部分.

Conducted EMI

進行中的電離層電離層有兩種標準類型:不同模式(DM)和通用模式(CM)。 兩條電線之間有DM噪音流動。 當電流以流流向地面時,CM噪音就會產生,流向地面,流經設備向地面的偏差能力,然后流回電網。

在測量 EMI 噪音時,可使用噪音分離器確定EMI 噪音是DM 噪音還是 CM 噪音(見圖1)。

Figure 1: Common和Differential Mode Noise in Conducted EMI

在分析和模擬EMI時,必須分別分析DM噪音和CM噪音。

圖2顯示DMM和CM噪音路徑,LF是輸入過濾器的輸入和 CF是輸入過濾器的電容器。P是開關節點和C節點的偏差能力。PO是評價委員會地面與測試參考地面的偏差能力。

替換定理可用于計算 DM 噪音 。 該定理指出, 任何分支的電壓或電流可以替換為各種元素來制造相同的電壓和電流。 圖3顯示在當前電源或電壓源的電路中替換所有開關( 圖2中的S1和S2)之后的壓子轉換器電路( I) 。S1和五和五S2在這種假設情況下,在對等分支之后,電路的電流和電壓保持不變。

Figure 3: Modeling Analysis for DM Noise with the Substitution Theorem

疊加定理用于分析每個電源對電離層電離層的影響(見圖4),產生兩條電路:一條電路與當前電源(I)電路。S1),以及第二個電壓源(V)的電壓源(V)的電壓源(V)S2)只有當前通過 LISN 生成 EMI ,才能忽略不生成 EMI 噪聲的任何源。這意味著只有使用當前源的電路才需要分析。

Figure 4: Modeling Analysis with Superposition Theorem

圖5顯示了DM噪音模型,該模型顯示DM噪音的來源是高端開關電流(I)。S1通過分析圖5中的電路,可以通過選擇適當的輸入電容器和輸入過濾器來減少DM噪音流(C)FL和LF))(分別是

Figure 5: Buck Converter’s DM Noise Model

Common Mode (CM) Noise

圖6顯示了如何使用替代定理和疊加定理對CM噪音進行類似分析的方法。在此情況下,CM噪音的來源是作為電壓源的低端開關(V)。S2(見圖6)由于CM噪音是通過多氯聯苯地面平面結合的,CP和CPO還必須加上。 C.P由開關節點平面至地面平面的開關節點平面所創造的寄生蟲能力,與開關噪音和C相配。PO即輸出電壓平面至地面平面的輸出電壓平面所創造的寄生能力,其輸出電壓波可以結合。

Figure 6: Modeling Analysis for CM Noise with the Substitution和Superposition Theorem

圖7顯示CM噪音模型在股電路中的CM噪音模型,CM噪音的CM噪音,因為輸入和輸出電容器的阻力(C)IN和COUT)比C小得多P和CPOCM噪音可以通過選擇低價值的C來減少。P其中強調必須減少開關節點的大小,使開關節點成為CP電容器盡可能小

Figure 7: Buck Converter’s CM Noise Model

這一分析方法也可適用于其他非孤立轉換器,如推力和壓力加速轉換器。

Passive Components

雖然上述各節創造了基本的EMI模型,但設計師應考慮每個組成部分的寄生物參數對準確預測高頻(例如超過30兆赫)EMI的影響。

圖8顯示了在切換電源多氯聯苯中常見的產生EMI的被動元件。

Figure 8: Common EMI Passive Components

圖9顯示了電容器的高阻力模型,電容器周圍的電磁場形成磁場,而連接器中的導電材料就像一個小寄生蟲阻力器。

Figure 9: High-Frequency Equivalent Model of a Capacitor

圖10顯示導管的高頻阻力模型,在導管刮線之間產生的電場形成等效電容器,導電器加熱造成的電源損失可按序列和平行方式作為寄生蟲阻力處理。

Figure 10: High-Frequency Equivalent Model of an Inductor

一般而言,供應商應提供可用于確定電離層擾動噪音的任何寄生物參數,但如果這一信息不包括在內,可用阻力分析器或網絡分析器測量。

在觀察被動部件的阻力剖面時,阻力的演進具有三角形形狀(見圖11),在非常高的頻率下,電容器中的寄生體導引器導致阻力上升,因此電容器的外表具有感應行為。反之,引力則出現相反的情況,寄生體能和阻力成為阻力的主要組成部分。在轉換轉換器中,電路中電流和電壓的急劇變化導致高頻部件。對于某些高頻率的電路,設計者必須考慮它們所使用的部件的反應可能不同于預期。

Figure 11: Frequency Impedance Profile of Inductors和Capacitors

此外,在分析高頻EMI時,不能忽視多氯聯苯痕跡產生的誘導作用,在EMI建模時也必須考慮這一作用。 阻力分析器或網絡分析器可以測量EMI成分,并提取多氯聯苯上的誤差參數。 但是,作為一項一般設計規則,建議盡可能縮短痕跡,特別是噪音或易動的痕跡。

在分析EMI組件和多氯聯苯誤差參數后,可以模擬圖2中的模型(見圖12),可以通過實際測量獲得開關上的電壓和電流,也可以在模擬中使用開關或電算模型進行模擬。

Figure 12: EMI Prediction using Simulation Software

圖13顯示,在精確提取EMI部件和多氯聯苯阻力時,EMI模擬可以準確預測轉換器進行的EMI結果。

Figure 13: Comparison of EMI Simulation Results和Actual Measurement

Conclusion

本文介紹了如何分析EMI噪音和為EMI(DM噪音和CM噪音)制作模型的方法,以及被動部件如何也能增加EMI,同時使用一壓式轉換器和壓式加速轉換器作為例子。 第二部分將討論輻射 EMI。切換轉換器和控制器和/或獨立獨立轉換器滿足您的申請需求。

MPS也提供a. 汽車級壓壓器轉換器和公積a) 滿足嚴格的環境信息管理要求,以及EMC測試實驗室.

審核編輯：彭菁