当前位置:首页 > 厂商动态 > ADI
[导读]开关稳压器的EMI分为电磁辐射和传导辐射(CE)。本文重点讨论传导辐射,其可进一步分为两类:共模(CM)噪声和差模(DM)噪声。为什么要区分CM-DM?对CM噪声有效的EMI抑制技术不一定对DM噪声有效,反之亦然,因此,确定传导辐射的来源可以节省花在抑制噪声上的时间和金钱。本文介绍一种将CM辐射和DM辐射从LTC7818控制的开关稳压器中分离出来的实用方法。知道CM噪声和DM噪声在CE频谱中出现的位置,电源设计人员便可有效应用EMI抑制技术,这从长远来看可以节省设计时间和BOM成本。

简介:

开关稳压器的EMI分为电磁辐射和传导辐射(CE)。本文重点讨论传导辐射,其可进一步分为两类:共模(CM)噪声和差模(DM)噪声。为什么要区分CM-DM?对CM噪声有效的EMI抑制技术不一定对DM噪声有效,反之亦然,因此,确定传导辐射的来源可以节省花在抑制噪声上的时间和金钱。本文介绍一种将CM辐射和DM辐射从LTC7818控制的开关稳压器中分离出来的实用方法。知道CM噪声和DM噪声在CE频谱中出现的位置,电源设计人员便可有效应用EMI抑制技术,这从长远来看可以节省设计时间和BOM成本。

传导辐射测试中分离共模和差模辐射的实用方法

图1. 降压转换器中的CM噪声路径和DM噪声路径

图1显示了典型降压转换器的CM噪声和DM噪声路径。DM噪声在电源线和返回线之间产生,而CM噪声是通过杂散电容CSTRAY在电源线和接地层(例如铜测试台)之间产生。用于CE测量的LISN位于电源和降压转换器之间。LISN本身不能用于直接测量CM和DM噪声,但它确实能测量电源和返回电源线噪声——分别为图1中的V1和V2。这些电压是在50Ω电阻上测得的。根据CM和DM噪声的定义,如图1所示,V1和V2可以分别表示为CM电压(VCM)和DM电压(VDM)的和与差。因此,V1和V2的平均值就是VCM,而V1和V2之差的一半就是VDM。

测量CM噪声和DM噪声

T型功率合成器是一种无源器件,可将两个输入信号合成为一个端口输出。0°合成器在输出端口产生输入信号的矢量和,而180°合成器产生输入信号的矢量差1。因此,0°合成器可用于产生VCM,180°合成器产生VDM。

图2所示的两个合成器ZFSC-2-1W+ (0°)和ZFSCJ-2-1+ (180°)来自Mini-Circuits,用于测量1 MHz至108 MHz的VCM和VDM。对于这些器件,频率低于1 MHz时测量误差会增大。对于较低频率的测量,应使用其他合成器,例如ZMSC-2-1+ (0°)和ZMSCJ-2-2 (180°)。

传导辐射测试中分离共模和差模辐射的实用方法

图2. 0°和180°合成器

传导辐射测试中分离共模和差模辐射的实用方法

图3. 用于测量(a) VCM和(b) VDM的实验装置

传导辐射测试中分离共模和差模辐射的实用方法

图4. 用于测量CM噪声和DM噪声的测试设置

测试设置如图3所示。功率合成器已添加到标准CE测试设置中。LISN针对电源线和返回线的输出分别连接到合成器的输入端口1和输入端口2。0°合成器的输出电压为VS_CM = V1 + V2;180°合成器的输出电压为V S_DM = V1 – V2。

合成器的输出信号VS_CM和VS_DM必须在测试接收器中处理,以产生VCM和VDM。首先,功率合成器已指定接收器中补偿的插入损耗。其次,由于VCM = 0.5 VS_CM且VDM = 0.5 VS_DM,因此测试接收器从接收到的信号中再减去6 dBμV。补偿这两个因素之后,在测试接收器中读出测得的CM噪声和DM噪声。

CM噪声和DM噪声测量的实验验证

使用一个装有双降压转换器的标准演示板来验证此方法。演示板的开关频率为2.2 MHz,VIN = 12 V,VOUT1 = 3.3 V,IOUT1 = 10 A,VOUT2 = 5 V,IOUT2 = 10 A。图4显示了EMI室中的测试设置。

图5和图6显示了测试结果。在图5中,较高EMI曲线表示使用标准CISPR 25设置测得的总电压法CE,而较低辐射曲线表示添加0°合成器后测得的分离CM噪声。在图6中,较高辐射曲线表示总CE,而较低EMI曲线表示添加180°合成器后测得的分离DM噪声。这些测试结果符合理论分析,表明DM噪声在较低频率范围内占主导地位,而CM噪声在较高频率范围内占主导地位。

传导辐射测试中分离共模和差模辐射的实用方法

图5. 测得的CM噪声与总噪声的关系

传导辐射测试中分离共模和差模辐射的实用方法

图6.测得的DM噪声与总噪声的关系

调整后的演示板符合CISPR 25 Class 5标准

根据测量结果,在30 MHz至108 MHz范围,总辐射噪声超过了CISPR 25 Class 5的限值。通过分离CM和DM噪声测量,发现此范围内的高传导辐射似乎是由CM噪声引起的。添加或增强DM EMI滤波器或以其他方式降低输入纹波几乎没有意义,因为这些抑制技术不会降低该范围内引发问题的CM噪声。

因此,该演示板展示了专门解决CM噪声的办法。CM噪声的来源之一是开关电路中的高dV/dt信号。通过增加栅极电阻来降低dV/dt,可以降低该噪声电平。如前所述,CM噪声通过杂散电容CSTRAY穿过LISN。CSTRAY越小,在LISN中检测到的CM噪声就越低。为了减小CSTRAY,应减少此演示板上开关节点的覆铜面积。此外,转换器输入端添加了一个CM EMI滤波器,以获得高CM阻抗,从而降低进入LISN的CM噪声。通过实施这些办法,30 MHz至108 MHz范围的噪声得以充分降低,从而符合CISPR 25 Class 5标准,如图7所示。

传导辐射测试中分离共模和差模辐射的实用方法

图7. 总噪声得到改善

结论

本文介绍了一种用于测量和分离总传导辐射中的CM噪声和DM噪声的实用方法,并通过测试结果进行了验证。如果设计人员能够分离CM和DM噪声,便可实施专门针对CM或DM的减轻解决方案来有效抑制噪声。总之,这种方法有助于快速找到EMI故障的根本原因,节省EMI设计的时间。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

为增进大家对稳压器的认识,本文将对稳压器的操作方法以及稳压器的具体分类予以介绍。

关键字: 稳压器 指数 开关稳压器

如今,几乎每个电路都需要使用多个不同的电源电压。因此,我们必须设计合适的电源管理架构,以提供所需的不同电压轨,而通常做法是使用多个根据开关稳压器原理工作的电压转换器。在该设计方法中,每个开关稳压器都需要一个电感。对最终产...

关键字: 电感 电源 开关稳压器

开关稳压器将输入电压转换为更高或更低的输出电压。为此,需要使用电感来暂时储存电能。电感的尺寸取决于开关稳压器的开关频率和流经电路的预期电流。究竟应如何正确选择电感值?可以使用包含电感电流纹波的常用公式来确定电感值。在大部...

关键字: 开关稳压器 电感电流纹波 电感

当设计中需要优先考虑并尽可能减少EMI(电磁干扰)时,线性稳压器可以算得上一种低噪声解决方案,但考虑到散热和效率要求其并不适用于该种场景,反而需要选择开关稳压器。即使在对EMI敏感的应用中,开关稳压器通常也是输入电源总线...

关键字: 稳压器 开关稳压器 线性稳压器

市场上有数千款不同的开关稳压器,用户会基于不同的参数选择所需的类型,例如输入电压范围、输出电压范围、最大输出电流,以及许多其他参数。本文ADI将针对电流模式进行介绍,这是数据手册中常见的一项重要特性,同时还会分析此模式的...

关键字: ADI 开关稳压器 电流模式

为增进大家对稳压器的认识,本文将对开关稳压器的构建以及稳压器与电压的关系予以介绍。

关键字: 稳压器 指数 开关稳压器

开关稳压器使用输出级,重复切换“开”和“关”状态,与能量存贮部件(电容器和感应器)一起产生输出电压。它的调整是通过根据输出电压的反馈样本来调整切换定时来实现的。

关键字: 开关稳压器 电源性能

选择合适的电源转换器仅仅是找到最便宜的部件吗?事实证明,电源电压转换领域的创新是值得的,并且在市场上得到了回报——因为这些解决方案带来了更高质量的产品。本文概述了一些成功实现质量优于低成本电源转换器的应用示例。 电源转...

关键字: 电源转换器 低功率 开关稳压器

扩频是一种与开关稳压器相关的技术,可抑制来自感兴趣频带的不需要的噪声,并将其推入噪声不会干扰系统的区域,或者更容易处理的区域。

关键字: 开关稳压器 扩频技术

今天有很多供应商提供空间级非隔离式开关稳压器。哪个部分适合我们的项目?大多数供应商会说他们的产品是为我们的负载供电的最佳 DC-DC。 考虑到当今的上市时间压力和首次交付正确硬件的需求,选择错误的调节器可能会...

关键字: 开关稳压器 航天级芯片
关闭
关闭