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標題: MPS | 利用濾波電容與電感抑制輻射EMI --- 特性分析與設計方法 [打印本頁]
作者: 芻狗 時間: 2024-3-25 07:53
標題: MPS | 利用濾波電容與電感抑制輻射EMI --- 特性分析與設計方法
利用濾波電容以及電感來抑制EMI是常見的降噪手段之一。
對于輻射EMI來說,
濾波元件的阻抗特性是怎樣的呢?
而我們又應該如何進行設計呢?
美國佛羅里達大學電子與計算機工程系終身正教授,IEEE Fellow (IEEE 會士) --- 王碩老師,以一個雙有源橋變換器為例,分享了濾波元件的特性與設計方法。
一、雙有源橋變換器的輻射EMI模型
圖1 雙有源橋變換器的拓撲與實物圖。
圖1為雙有源橋變換器的拓撲以及實物圖。從圖1中可見,輸入和輸出各有一段導線。根據我們之前的分享可知,變換器的輸入與輸出線相當于一對雙極天線(Dipole Antenna)。這個高頻的共模電壓會在輸入、輸出線上激勵出高頻的共模電流IA,并以電磁場的形式向外輻射能量。如圖2(a)所示,天線的能量可以看成以下幾部分:一部分在兩極之間相互轉換,并不輻射到空間去,這部分無功對應的阻抗可以用jXA表示;一部分是發射出去的能量,用Rr來表示;最后一部分是天線上的電流在其本身電阻上產生的損耗,以Rl表示。而變換器的模型則可以通過一個等效噪聲源VS和源阻抗(實部RS和虛部XS)來表示。因此,一個通用的輻射EMI模型即可通過圖2(b)的形式來表示。

圖2 (a)雙極天線輻射原理;(b) 變換器輻射EMI模型
因此,共模電流IA的幅值可以根據圖2(b)得出:
其中RA為Rl與Rr之和, KI為電流系數。顯然, KI與共模電流成正比。
在輻射EMI測量中,實際測到的是變換器在一定距離外的某點產生的電磁場強度。以電場為例,在距離變換器為r的位置,電場強度的最大值Emax可以由(2)式得到:買元器件現貨上唯樣商城!

其中,VS代表噪聲源,η為波阻抗,D為方向性,表示該方向上的最大功率密度與半徑為r的球面平均功率密度之比,KE為電場強度系數。顯然, KE與輻射電場強度成正比。
天線阻抗和變換器的阻抗都可以通過測試得到,具體的方法可以參考之前的講座(點擊觀看:高頻共模電流、電壓和阻抗的測量)。
二、輻射EMI尖峰產生的原因
現在讓我們分析下KI和KE的表達式。如式(3 - 4)所示,由于XS和XA既可能是容性又可能是感性,它們有可能會相互抵消,此時如果RS + RA較小,則會在頻譜上面觀察到一個尖峰。


圖3為雙有源橋變換器源阻抗和天線阻抗的測量結果。我們可以看到XS和XA的曲線一共發生了四次交越,但只有當它們相位相反時,才意味著這兩部分是抵消的(①和②處)。另外,由于在②處,RA有近千歐姆,因此此時不太會出現尖峰;相比之下,①處的RA僅約100歐姆。①處的頻率約為167MHz。
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