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TI提供EMI缓解技术 深度剖析相关标准和问题成因
 

【CTIMES/SmartAuto 柯紀仁 报导】   2021年04月22日 星期四

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工业、汽车与个人运算应用的电子系统愈发密集且互相连接。为了改善这类系统的尺寸和功能,在封装各种不同电路时,通常会采取近封装距离,降低电磁干扰(EMI)的影响,因此逐渐成为系统设计的重要考量。

传导式和辐射式EMI的一般标准。图表中的长条代表最大的传导式和辐射式排放限制,这是使用标准EMI测量设备进行测量时,受测装置所能容许的上限。
传导式和辐射式EMI的一般标准。图表中的长条代表最大的传导式和辐射式排放限制,这是使用标准EMI测量设备进行测量时,受测装置所能容许的上限。

德州仪器Yogesh Ramadass指出:「电磁干扰(EMI)可能会以两种方式显现。例如连接相同电源供应器的无线电和马达钻就是一例。」

例如,敏感无线电系统的运作会透过传导方式受到马达影响,因为这两者共用相同的电源??座。马达也会透过电磁辐射对无线电的功能造成影响,因为电磁辐射会透过空气耦合,并受到无线电天线接收。

终端设备制造商整合不同来源的元件时,唯一能确保干扰电路和敏感电路可和平共存并正确运作的方法,就是建立一套共用规则,针对干扰电路设定干扰程度的限制,且敏感电路必须能够处理该程度的干扰。

Ramadass表示,用於限制干扰的规定采用业界标准规格建立,例如适用汽车产业的国际无线电干扰特别委员会(CISPR) 25,以及适用多媒体设备的CISPR 32。CISPR标准是EMI设计的重要关键,因其可决定任何EMI降低技术的目标性能,它可根据干扰模式分类为传导式限制和辐射式限制。

不过,要建立相容於EMI标准的系统,就要先清楚了解EMI的主要成因是。现代电子系统中,最常见的电路之一就是硬式切换电源供应器(SMPS),可在多数应用中透过线性稳压器大幅提升效率。但这样的效率必须付出代价,因在SMPS中切换功率场效应电晶体,会使其成为主要EMI来源。

Ramadass进一步说明,在SMPS中进行切换的本质,会导致产生非连续输入电流、在切换节点的高边缘速率,以及电源??路中因寄生电感而在切换边缘产生的其他振铃。非连续电流会影响<30MHz频带的EMI,而在切换节点的高边缘速率以及振铃则会影响30~100MHz频带的EMI,以及>100MHz之频带的EMI。

而在传统设计中,要降低切换转换器产生的EMI,主要使用两种方法,而两种方法都会造成相关的损失。为了处理低频率(<30 MHz)排放并符合适用标准,会在切换转换器的输入处放置大型被动滤波器,造成解决方案更为昂贵、功率密度更低。

而一般降低高频率排放的方式,则是透过有效的闸极驱动器设计来降低切换边缘速率。虽然这麽做有助降低>30MHz之频带的EMI,但是降低的边缘速率会导致切换损失增加,进而使解决方案的效率降低。换句话说,为了实现低EMI的解决方案,注定需在功率密度和效率上做出取舍。

为了免除取舍的需要并且一并获得高功率密度、高效率以及低EMI的优势,TI在设计LM25149-Q1、LM5156-Q1和LM62440-Q1等切换转换器和控制器时,加入了多种技术,包含展频、主动EMI滤波、抵销线圈、封装创新、整合式输入旁路电容器及真实电压转换率控制方法等,且这些技术都经过设计,针对所需的特定频带量身打造。

Ramadass最後总结:「设计低EMI可显着缩短开发周期时间,并可减少机板面积和解决方案成本。TI提供多种可降低EMI的功能与技术。以TI经过EMI最隹化的电源管理产品来运用不同技术组合,可确保使用TI元件的设计通过业界标准而无需过多重做。希??这些分享的资讯能有助於简化设计人员的设计程序,并在不牺牲功率密度或效率的情况下,将终端设备维持在EMI限制内。」

關鍵字: TI 
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