如何分析EMI噪音和为EMI制作模型的方法

非孤立转换器电磁干扰分析和建模方法(第一部分)

在设计电子系统时,确保该装置符合电磁兼容性(EMC)标准至关重要,这不仅是因为立法机构的要求,而且还因为电磁干扰(EMI)可能导致不稳定和不想要的行为。 由于电磁干扰(EMI)测试通常在最后设计阶段进行,因此能够建模和分析电磁兼容性(EMI)能够有效地帮助设计者从最初设计阶段到整个设计过程中优化电磁兼容性(EMI),帮助他们避免延误和意外成本。

EMI在电子电路中通过两种途径传播:进行和辐射EMI;通过有物理接触的电缆或其他导体向受影响的装置传送EMI;通过开放空间(无物理接触)传送辐射EMI噪音。

由于这些传播路径不同,本系列文章将处理第一部分进行的EMI, 第一部分将处理EMI,然后处理辐射EMI,第二部分 第二部分.

Conducted EMI

进行中的电离层电离层有两种标准类型:不同模式(DM)和通用模式(CM)。 两条电线之间有DM噪音流动。 当电流以流流向地面时,CM噪音就会产生,流向地面,流经设备向地面的偏差能力,然后流回电网。

在测量 EMI 噪音时,可使用噪音分离器确定EMI 噪音是DM 噪音还是 CM 噪音(见图1)。

Figure 1: Common和Differential Mode Noise in Conducted EMI

在分析和模拟EMI时,必须分别分析DM噪音和CM噪音。

图2显示DMM和CM噪音路径,LF是输入过滤器的输入和 CF是输入过滤器的电容器。P是开关节点和C节点的偏差能力。PO是评价委员会地面与测试参考地面的偏差能力。

替换定理可用于计算 DM 噪音 。 该定理指出, 任何分支的电压或电流可以替换为各种元素来制造相同的电压和电流。 图3显示在当前电源或电压源的电路中替换所有开关( 图2中的S1和S2)之后的压子转换器电路( I) 。S1和五和五S2在这种假设情况下,在对等分支之后,电路的电流和电压保持不变。

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

叠加定理用于分析每个电源对电离层电离层的影响(见图4),产生两条电路:一条电路与当前电源(I)电路。S1),以及第二个电压源(V)的电压源(V)的电压源(V)S2)只有当前通过 LISN 生成 EMI ,才能忽略不生成 EMI 噪声的任何源。这意味着只有使用当前源的电路才需要分析。

Figure 4: Modeling Analysis with Superposition Theorem

图5显示了DM噪音模型,该模型显示DM噪音的来源是高端开关电流(I)。S1通过分析图5中的电路,可以通过选择适当的输入电容器和输入过滤器来减少DM噪音流(C)FL和LF))(分别是

Figure 5: Buck Converter’s DM Noise Model

Common Mode (CM) Noise

图6显示了如何使用替代定理和叠加定理对CM噪音进行类似分析的方法。在此情况下,CM噪音的来源是作为电压源的低端开关(V)。S2(见图6)由于CM噪音是通过多氯联苯地面平面结合的,CP和CPO还必须加上。 C.P由开关节点平面至地面平面的开关节点平面所创造的寄生虫能力,与开关噪音和C相配。PO即输出电压平面至地面平面的输出电压平面所创造的寄生能力,其输出电压波可以结合。

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

图7显示CM噪音模型在股电路中的CM噪音模型,CM噪音的CM噪音,因为输入和输出电容器的阻力(C)IN和COUT)比C小得多P和CPOCM噪音可以通过选择低价值的C来减少。P其中强调必须减少开关节点的大小,使开关节点成为CP电容器尽可能小

Figure 7: Buck Converter’s CM Noise Model

这一分析方法也可适用于其他非孤立转换器,如推力和压力加速转换器。

Passive Components

虽然上述各节创造了基本的EMI模型,但设计师应考虑每个组成部分的寄生物参数对准确预测高频(例如超过30兆赫)EMI的影响。

图8显示了在切换电源多氯联苯中常见的产生EMI的被动元件。

Figure 8: Common EMI Passive Components

图9显示了电容器的高阻力模型,电容器周围的电磁场形成磁场,而连接器中的导电材料就像一个小寄生虫阻力器。

Figure 9: High-Frequency Equivalent Model of a Capacitor

图10显示导管的高频阻力模型,在导管刮线之间产生的电场形成等效电容器,导电器加热造成的电源损失可按序列和平行方式作为寄生虫阻力处理。

Figure 10: High-Frequency Equivalent Model of an Inductor

一般而言,供应商应提供可用于确定电离层扰动噪音的任何寄生物参数,但如果这一信息不包括在内,可用阻力分析器或网络分析器测量。

在观察被动部件的阻力剖面时,阻力的演进具有三角形形状(见图11),在非常高的频率下,电容器中的寄生体导引器导致阻力上升,因此电容器的外表具有感应行为。反之,引力则出现相反的情况,寄生体能和阻力成为阻力的主要组成部分。在转换转换器中,电路中电流和电压的急剧变化导致高频部件。对于某些高频率的电路,设计者必须考虑它们所使用的部件的反应可能不同于预期。

Figure 11: Frequency Impedance Profile of Inductors和Capacitors

此外,在分析高频EMI时,不能忽视多氯联苯痕迹产生的诱导作用,在EMI建模时也必须考虑这一作用。 阻力分析器或网络分析器可以测量EMI成分,并提取多氯联苯上的误差参数。 但是,作为一项一般设计规则,建议尽可能缩短痕迹,特别是噪音或易动的痕迹。

在分析EMI组件和多氯联苯误差参数后,可以模拟图2中的模型(见图12),可以通过实际测量获得开关上的电压和电流,也可以在模拟中使用开关或电算模型进行模拟。

Figure 12: EMI Prediction using Simulation Software

图13显示,在精确提取EMI部件和多氯联苯阻力时,EMI模拟可以准确预测转换器进行的EMI结果。

Figure 13: Comparison of EMI Simulation Results和Actual Measurement

Conclusion

本文介绍了如何分析EMI噪音和为EMI(DM噪音和CM噪音)制作模型的方法,以及被动部件如何也能增加EMI,同时使用一压式转换器和压式加速转换器作为例子。 第二部分将讨论辐射 EMI。切换转换器和控制器和/或独立独立转换器满足您的申请需求。

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审核编辑：彭菁