如何控制使用长输出线时的传导 EMI(下)
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输出侧加磁环
第一种降噪方法是在输出侧(靠近电路板的一端)添加一个卡扣式铁氧体滤波器。图 1 对用与不用卡扣式铁氧体滤波器时的输出线对地阻抗进行了比较。可以看到,添加卡扣式铁氧体滤波器后,对地阻抗明显增大,磁环有效地抑制了高频的谐振峰。
图 2 显示了输出线的传导 EMI测试结果。可见,添加卡扣式铁氧体滤波器可以有效地抑制高频谐振峰值。
调整输出线长度
第二种降噪方法是改变输出线的长度来调整谐振峰的位置。如图3所示,当线长为1.2m时,3/4λ对应的谐振峰值超过108MHz,避开了FM波段(76MHz至108MHz)。由此可见,改变线长能够降低噪声。我们对2m 和 1.2m 的线长及其传导 EMI 结果进行比较,可以发现后者的谐振峰值出现在 53MHz 左右。
添加屏蔽罩
添加屏蔽罩可以消除输出线和测试板之间的近场耦合,从而降低 EMI。屏蔽罩可以由金属制成,需覆盖电路中的dV/dt 节点和 dI/dt 环路,然后将屏蔽罩靠近噪声源接地。
图 4 说明了接地对于电场耦合的效果。当dv/dt节点被屏蔽后,原来直接对参考地对输出线的杂散电容Cswp和CCou变成了其对屏蔽罩的杂散电容Cswp1和CCou1。当屏蔽罩接地的时候,噪声电流直接流回噪声源的地,不会经过LISN,因此也就没有共模噪声了。
如果屏蔽罩不接地,噪声电流仍会流向参考地,但这不会降低 EMI,因为屏蔽罩仍存在来自参考地和输出线的杂散电容。
图 5 说明了接地对于高频磁场耦合的效果。当di/dt 节点被屏蔽后,在理想情况下(屏蔽罩与di/dt环路的耦合非常好,高频时屏蔽罩的阻抗基本为感性),屏蔽罩可以产生一个涡流抵消原来di/dt环路对外界的影响。解耦后,如图17右侧所示,原来磁场耦合产生的感应电压源可以被屏蔽罩抵消。
EMI 测试结果还验证了添加屏蔽对传导噪声的明显改善(参见图 6)。即使输出线为2m,传导噪声也可以满足 CISPR 25 Class 5 的要求,且有6dB 的裕量。
MPQ7200 的实际应用
本文主要以D类放大器为例对长线负载进行了分析,但上述方法也适用于其他芯片。例如MPS的高频、恒流、升降压 LED 驱动器MPQ7200,该器件就采用了抖频和对称 VIN设计等多种方法来降低 EMI。
如图 7 所示,当没有输出线时,MPQ7200的传导 EMI 噪声非常低。但添加2m 输出线后,传导 EMI 就在相应位置出现两个谐振峰值。
图 8 显示了添加屏蔽罩对MPQ7200 传导噪声的降低作用。这种效果在高频时尤为明显,充分表明文中介绍的原理和降噪措施对所有变换器拓扑都是通用的。
结论
在本系列文章中,我们在前两篇中对高频共模模型进行了建模,在本文中比较了三种降低 EMI 的方法,并对传导 EMI 的谐振峰值进行了考察。总而言之,通过策略性的电路修改,各种汽车电子应用在长线负载下的过高EMI都可以得到有效控制。
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