電源是一切電子器件運行的基礎，在德州儀器（TI）看來(lái)，電源管理的主要發(fā)展方向是提高功率密度、延長(cháng)電池壽命、減少電磁干擾、保持電源和信號完整性，以及高電壓下的安全性等方面。為了解決這些難題，TI主要圍繞低靜態(tài)電流、低EMI、功率密度、低噪聲和高精度以及隔離，這五大技術(shù)方向努力。
日前，TI推出了獨立式有源電磁干擾 (EMI) 濾波器集成電路TPSF12C1/3系列，正是TI在減少EMI方面所做的創(chuàng )新。
共模扼流圈影響電源尺寸
EMI全稱(chēng)為Electro Magnetic Interference，指系統對外的干擾，EMI通常需要加以限制，以確保電子設備不要對其他造成干擾與損壞，從而影響系統正常工作。
噪聲主要包括了共模與差模兩類(lèi)。其中，對于接入電網(wǎng)（AC）的電氣設備而言，干擾多以共模干擾為主，共模干擾本身一般不會(huì )對設備產(chǎn)生危害，但是如果共模干擾轉變?yōu)椴钅８蓴_，干擾就嚴重了，因為有用信號都是差模信號。
為了有效降低共模干擾，需要采用LC濾波器。對于共模EMI濾波器而言，Y電容會(huì )產(chǎn)生漏電流，漏電流需要滿(mǎn)足安規要求，不能太大（典型的X電容值是μF級，而Y電容是nF級），因此這就需要更大的電感（共模扼流圈）。更大的扼流圈意味著(zhù)體積大、重量重、效率低且價(jià)格昂貴。
選擇有源濾波器IC降低EMI
如何降低共模扼流圈的尺寸呢？其中一個(gè)辦法是選擇有源濾波器（AEF）�！坝性礊V波器和降噪耳機有異曲同工之處�！盩I產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理 Roja de Cande說(shuō)道。
TI的獨立式有源EMI濾波器IC的工作原理為，先檢測共模噪聲，然后通過(guò)內部運放輸出反向并放大的信號，然后將其注入到線(xiàn)路中，相當于放大了Y電容的等效電容，從而抵消原有的共模噪聲。Roja de Cande表示：“這既能夠有效減小漏電流，同時(shí)也能夠放大 100kHz 至 3MHz 的等效 Y 電容，進(jìn)一步降低整個(gè)共模電感的感量，從而降低方案的體積和重量�！�
有源EMI濾波器工作原理
如對比圖所示，采用有源濾波器之后，共模扼流圈從兩個(gè)12mH的縮小至1nH和4nH。
根據TI給出的資料對比，無(wú)論是尺寸、體積、成本、功率損耗還是面積都可以縮小近一半，并顯著(zhù)增加系統的可靠性。
目前，TI 的有源濾波產(chǎn)品共有四款，包括針對單相和三相商業(yè)應用的 TPSF12C1 和 TPSF12C3，以及面向汽車(chē)應用的 TPSF12C1-Q1 和 TPSF12C3-Q1，均內置了補償，對共模干擾有明顯改善，可在單相和三相交流電源系統中檢測和消除高達 30dB 的共模 EMI（頻率范圍為 100kHz 至 3MHz）。無(wú)論是在原始EMI設計中增加TI的有源EMI芯片，還是在新設計中采用，都可以顯著(zhù)改善EMI表現。
電源系統的EMI設計都頗具挑戰，主要原因在于只有把產(chǎn)品做出來(lái)，才能測出EMI值，如果不合規，還需要不停整改。Roja de Cande強調，TI針對有源EMI濾波器提供了多種設計及仿真工具，工程師可以提前設計并預估EMI，從而簡(jiǎn)化整個(gè)流程。
更多降低EMI的創(chuàng )新
TI將改善EMI作為其電源管理技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，因此不只是有源EMI濾波器，還開(kāi)發(fā)了多項提高EMI能力的技術(shù)及產(chǎn)品�！霸诂F有的系統設計中，客戶(hù)對于高效率、更好的熱表現往往會(huì )有很高的要求。電源都在越做越小，其中一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是把開(kāi)關(guān)頻率越推越高，這樣可以大大減小磁性元件和輸出電容，但是在推高開(kāi)關(guān)頻率之后，EMI 就會(huì )變成翹翹板的另外一端，它就會(huì )被抬高�！盧oja de Cande說(shuō)道。因此改善EMI的技術(shù)及產(chǎn)品是電源高性能、高功率密度的關(guān)鍵之一。
實(shí)際上，TI此前就開(kāi)發(fā)了有源EMI濾波器，并將其集成至DC/DC中實(shí)現差模濾波�？蛻�(hù)對共模濾波的要求更高，因此TI開(kāi)發(fā)了此款有源EMI濾波器，以提高AC/DC產(chǎn)品的抗EMI能力�？蓮V泛應用于包括車(chē)載充電器、企業(yè)級服務(wù)器、通信電源、工廠(chǎng)自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化以及航空航天等所有需要EMI抑制的場(chǎng)景中。
除了有源EMI濾波技術(shù)之外外，TI降低EMI的方法還包括雙隨機擴頻技術(shù)、集成旁路電容、集成變壓器、改善封裝、壓擺率控制等多項創(chuàng )新，并均已成功商用。
談及未來(lái)的產(chǎn)品規劃，Roja de Cande透露有源EMI濾波器還將不斷拓展至包括共模、差模的DC/AC產(chǎn)品以及DC/DC的共模產(chǎn)品等。 |
