如何应对高开关频率带来的EMI挑战

以具有成本效益的方式应对EMI设计挑战，近日，德州仪器(TI)宣布推出业内先进的独立式有源电磁干扰(EMI)滤波器集成电路(IC)，能够帮助汽车工程师实施更小、更轻量的EMI滤波器，从而以更低的系统成本增强系统功能，同时满足EMI监管标准。

■ 应对高开关频率带来的EMI挑战

德州仪器(TI)产品线经理Roja de Cande在发布会现场介绍，随着汽车电气系统变得愈发密集，以及互连程度的提高，缓解EMI成为工程师的一项关键系统设计考虑因素。

德州仪器致力于从五个方面应对电源管理的关键设计挑战。

第一，低电磁干扰(EMI)：能够尽可能地减少系统组件的干扰，并简化工程师的设计。

第二，功率密度：现在越来越多的产品在往小型化发展，在同样一个占板面积上提供更大的电流或更多功能。提高功率密度可以实现更多系统功能，从而降低成本。在提高功率密度方面，对于电源，一方面在提高整个电源的效率以及热管理，同时进一步提高它的开关频率，使得系统能够用到更高的开关频率，从而能够用更小的电感和电容实现整个占板面积的减小和功率密度的提高。

第三，低IQ：对于电池应用，能够延长电池寿命，以及整个电池使用时间。比如，在烟感器等应用中，低IQ能够大大延长产品的使用寿命和使用周期。

第四，低噪声和高精度：低噪声和高精度电源能够简化功率链，提升整个产品的可靠性。

第五，隔离：在高压和安全关键性应用中能够实现更高的工作电压和更好的可靠性，同时实现了以更小的方案实现隔离的需求。

通过对众多汽车行业客户的调研，德州仪器发现在现有的系统设计中，客户对于高效率、更好的热表现往往会有很高的要求，无论是OBC还是通信电源都在越做越小，其中一个关键技术就是把开关频率越推越高，这样可以大大减小磁性元件和输出电容的大小。在推高开关频率之后，EMI就会变成翘翘板的另外一端，它就会被抬高，所以工程师们首先是要去应对高开关频率所带来的EMI挑战，新的有源EMI滤波器IC系列产品应运而生。

■ 缩减系统尺寸、重量和成本并提高可靠性

在整个系统设计上，如何从芯片产品的角度去提高整个系统功率密度，并降低整个系统的EMI，是德州仪器的考量和出发点。

得益于德州仪器研发实验室Kilby Labs针对新概念和突破性想法的创新开发，新的独立式有源EMI滤波器IC产品系列可以在单相和三相交流电源系统中检测和消除高达30dB的共模EMI（频率范围为100kHz至3MHz）。

与纯无源滤波器解决方案相比，该功能使设计人员能够将扼流圈的尺寸减小50%，并满足严苛的EMI要求。通过电容放大，这些新的有源EMI滤波器IC使工程师能够将共模扼流圈的电感值降低多达80%，这将有助于以具有成本效益的方式提高机械可靠性和功率密度。

新的有源EMI滤波器IC系列包括针对单相和三相商业应用的TPSF12C1和TPSF12C3，以及面向汽车应用的TPSF12C1-Q1 和TPSF12C3-Q1 。这些器件可有效降低电源EMI滤波器中产生的热量，从而延长滤波电容器的使用寿命并提高系统可靠性。

新的有源EMI滤波器IC包括传感、滤波、增益、注入阶段。该IC采用SOT-23 14引脚封装，并集成了补偿和保护电路，从而进一步降低实施的复杂性并减少外部组件的数量；同时该系列产品满足IEC 61000-4-5浪涌抗扰度要求，从而大幅减少了对瞬态电压抑制(TVS)二极管等外部保护元件的需求。借助PSpice for TI仿真模型和快速入门计算器等支持工具，设计人员可以轻松地为其系统选择和实施合适的元件。

■ 以更低成本满足严格的EMI标准

Roja de Cande强调，在电源系统里，无论是OBC还是服务器电源，EMI设计都颇具挑战。主要在于，往往只有把产品做出来了才能知道它的EMI，因此需要不停地整改。

在使用了德州仪器(TI)的有源EMI滤波器(AEF)产品之后，可以提前或者进一步在原有设计中降低EMI干扰，从而帮助客户简化整个EMI设计。针对AEF产品，TI在官网上提供了各种各样的工具。各种仿真工具可以帮助工程师学会如何设计AEF，达到提前设计、提前预估判断，从而节省整个产品的EMI调试时间，帮助产品更好地推广到市场。

除此之外，针对于车载一级电源DC/DC还有包括集成电容等技术，帮助客户更好地降低高频EMI。同时德州仪器的抖频技术也从原来的模拟抖频、数据抖频进化到了双随机展频(DRSS)技术，从而应对汽车类EMI设计挑战。无论是抖频还是集成电容，都是为了更好地帮助整个系统在高频频率去解决客户EMI问题。AEF则是从低频角度帮助客户克服频率范围为100kHz至3MHz左右的共模或差模干扰，从而在EMI整个频段上帮助客户解决EMI挑战。

据了解，车规级TPSF12C1-Q1 和TPSF12C3-Q1 现已预量产，仅可从TI.com.cn 购买，采用4.2mmx2mm SOT-23 14引脚封装。TI.com.cn提供多种付款方式和配送选项。德州仪器预计各器件将于2023年第二季度实现量产，并计划在2023年晚些时候发布另外的独立式有源EMI滤波器IC。

德州仪器开关稳压器业务部总经理Carsten Oppitz表示：“相信新的独立式有源EMI滤波器IC产品组合将进一步助力工程师解决他们所面临的设计挑战，并大幅提高汽车、企业、航空航天和工业应用中的性能和功率密度。”Roja de Cande也表示，“考虑到客户所能减少的共模电源成本、体积、尺寸和整个系统重量来说，这个成本对于客户而言是在非常可接受的范围内的。”

编辑：黄飞