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选择和构建模块化DC/DC电源系统的基本规则之EMI滤波器设计

选择和构建模块化DC/DC电源系统的基本规则之EMI滤波器设计

关注的是噪音。在将电源模块安装到系统中时，降噪问题经常被提及，并困扰着工程师。在本文中，我们主要针对输入滤波器设计和EMI降噪解决方案。

1.噪音来自何处及其影响？
与典型线性电源相比，开关电源最大的优点是效率高、体积小。然而，如果我们处理不当，高频开关机制会产生严重的噪音，并导致EMC/EMI（电磁兼容/干扰）问题。一般来说，可以总结出两种类型的噪声：传导噪声和辐射噪声。

传导噪声共模和差模：
传导噪声可以从共模和差模两个方面进行讨论和分析。由于开关节点处的电压与变压器（一次侧和二次侧之间）和外壳对基准地的寄生电容耦合，正/负线对地之间存在共模噪声；另一方面，由于开关节点处的电流快速交替，差模噪声存在于正负线之间，产生以噪声形式存在的不需要的电压。幸运的是，差模噪声仅在正负线内传播，但共模噪声会通过地面传播，从而给系统带来问题。通常，我们测量0到30M Hz的传导噪声的正负线，以确定其是否符合EMI标准。

辐射噪声：
正如“辐射”一词的意思，辐射噪声通过装置本身的辐射通过空气进行无线传输。它主要是由信号传输过程中的衰减引起的，发生在电缆或连接器上。我们测量30米到1G赫兹的高频噪声，以确定其是否符合EMI标准。

为了减少这些噪声对PSU的干扰，工程师们推出了LC组合滤波器来绕过或阻断噪声。接下来将讨论概念和方法。

2.降噪解决方案：滤波器设计概念和拓扑
对于传导噪声，由于快速开关和交流电压或电流，会产生CM（共模）和DM（差模）噪声。电感和电容的组合（LC滤波器）可以有效地抑制干扰传输线的噪声。解释如下：

共模噪声解决方案：
在共模噪声解决方案中，共模扼流圈和Y形帽是两个关键部件。共模扼流圈由两个磁芯上具有相同极性布线的电感器组成。Y形帽被定义为从正极或负极线路接地的电容器。从正极线到接地或负极线到接地的路径可以看作是一个低通滤波器，可以缓解正极和负极线到外壳接地之间的高频噪声。

差模噪声解决方案：
在差模噪声解决方案中，通常使用差模扼流圈和两个电容器的组合，称为Pi滤波器。差模扼流圈可以是一个电感，两个电容器连接在正负线之间。这种组合可以被视为一种低通滤波器，可以减少正负线之间的噪声。

辐射噪声解决方案：
辐射噪声可以看作是天线等部件发出的噪声信号，简单的解决方案是通过屏蔽来阻断辐射源。另一个建议是，在进行布局工作时，尽量保持电流回路尽可能短，以避免与PCB线路上的电感耦合。

3.应用中的模块：CHB200W12和CHB300W
CHB200W12传导和辐射发射的EMC考虑：
在输入级，L101和L102是共模扼流圈的两级，CY1到CY8是Y形帽。这些部件主要处理共模噪声；对于C101至C105，这些电容器连接在正极和负极线之间，以降低差模噪声。由于差模扼流圈位于模块前端，因此无需将其添加到外部电路中。在输出级，电容器并联以降低纹波噪声，L102扼流圈用于降低连接器侧的辐射噪声。

在输入级，Pi滤波器由两个电容器（C1和C2）和差模扼流圈（L1）组成，用于处理差模噪声。L2共模扼流圈主要用于处理共模噪声。由于Y形帽包含在模块内部，因此无需将其添加到外部电路中。

4.Cincon的DC-DC滤波模块FM系列
为了节省使用DCDC转换器模块的开发时间，Cincon有一系列滤波器模块，以适应输入和输出级。这些是输入滤波器模块FM05D、FM10D和FM10/20，以及输出滤波器模块FM30R，它们已被验证满足铁路应用EN 50155或ITE应用EN 55032的要求。如果我们研究一下这些模块的设计方法，就会发现它们是我们所讨论的电感器和电容器的组合。用户可以参考数据表和应用说明，找到兼容的DC/DC转换器型号和CM&DM的插入损耗波形。有关型号和应用的更多信息，请查看之前的时事通讯-Cincon EMI滤波器模块。

结论：
EMI噪声问题可能因DC/DC转换器内部的电路设计和系统板上的PCB布局而异。通过CHB200W12和CHB300W电路的两个示例，展示了处理传导噪声和辐射噪声的概念和解决方案。滤波器模块是一种紧凑、快速的EMI解决方案，用户可以更轻松地将DC/DC转换器模块安装到系统中。Cincon拥有强大而成熟的研发团队和EMI模拟室，以支持客户、满足他们的需求并缩短开发时间。