如何應(yīng)對高開關(guān)頻率帶來的EMI挑戰(zhàn)

以具有成本效益的方式應(yīng)對EMI設(shè)計挑戰(zhàn)，近日，德州儀器(TI)宣布推出業(yè)內(nèi)先進(jìn)的獨(dú)立式有源電磁干擾(EMI)濾波器集成電路(IC)，能夠幫助汽車工程師實(shí)施更小、更輕量的EMI濾波器，從而以更低的系統(tǒng)成本增強(qiáng)系統(tǒng)功能，同時滿足EMI監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。

■ 應(yīng)對高開關(guān)頻率帶來的EMI挑戰(zhàn)

德州儀器(TI)產(chǎn)品線經(jīng)理Roja de Cande在發(fā)布會現(xiàn)場介紹，隨著汽車電氣系統(tǒng)變得愈發(fā)密集，以及互連程度的提高，緩解EMI成為工程師的一項關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計考慮因素。

德州儀器致力于從五個方面應(yīng)對電源管理的關(guān)鍵設(shè)計挑戰(zhàn)。

第一，低電磁干擾(EMI)：能夠盡可能地減少系統(tǒng)組件的干擾，并簡化工程師的設(shè)計。

第二，功率密度：現(xiàn)在越來越多的產(chǎn)品在往小型化發(fā)展，在同樣一個占板面積上提供更大的電流或更多功能。提高功率密度可以實(shí)現(xiàn)更多系統(tǒng)功能，從而降低成本。在提高功率密度方面，對于電源，一方面在提高整個電源的效率以及熱管理，同時進(jìn)一步提高它的開關(guān)頻率，使得系統(tǒng)能夠用到更高的開關(guān)頻率，從而能夠用更小的電感和電容實(shí)現(xiàn)整個占板面積的減小和功率密度的提高。

第三，低IQ：對于電池應(yīng)用，能夠延長電池壽命，以及整個電池使用時間。比如，在煙感器等應(yīng)用中，低IQ能夠大大延長產(chǎn)品的使用壽命和使用周期。

第四，低噪聲和高精度：低噪聲和高精度電源能夠簡化功率鏈，提升整個產(chǎn)品的可靠性。

第五，隔離：在高壓和安全關(guān)鍵性應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)更高的工作電壓和更好的可靠性，同時實(shí)現(xiàn)了以更小的方案實(shí)現(xiàn)隔離的需求。

通過對眾多汽車行業(yè)客戶的調(diào)研，德州儀器發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有的系統(tǒng)設(shè)計中，客戶對于高效率、更好的熱表現(xiàn)往往會有很高的要求，無論是OBC還是通信電源都在越做越小，其中一個關(guān)鍵技術(shù)就是把開關(guān)頻率越推越高，這樣可以大大減小磁性元件和輸出電容的大小。在推高開關(guān)頻率之后，EMI就會變成翹翹板的另外一端，它就會被抬高，所以工程師們首先是要去應(yīng)對高開關(guān)頻率所帶來的EMI挑戰(zhàn)，新的有源EMI濾波器IC系列產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。

■ 縮減系統(tǒng)尺寸、重量和成本并提高可靠性

在整個系統(tǒng)設(shè)計上，如何從芯片產(chǎn)品的角度去提高整個系統(tǒng)功率密度，并降低整個系統(tǒng)的EMI，是德州儀器的考量和出發(fā)點(diǎn)。

得益于德州儀器研發(fā)實(shí)驗(yàn)室Kilby Labs針對新概念和突破性想法的創(chuàng)新開發(fā)，新的獨(dú)立式有源EMI濾波器IC產(chǎn)品系列可以在單相和三相交流電源系統(tǒng)中檢測和消除高達(dá)30dB的共模EMI（頻率范圍為100kHz至3MHz）。

與純無源濾波器解決方案相比，該功能使設(shè)計人員能夠?qū)⒍罅魅Φ某叽鐪p小50%，并滿足嚴(yán)苛的EMI要求。通過電容放大，這些新的有源EMI濾波器IC使工程師能夠?qū)⒐材６罅魅Φ碾姼兄到档投噙_(dá)80%，這將有助于以具有成本效益的方式提高機(jī)械可靠性和功率密度。

新的有源EMI濾波器IC系列包括針對單相和三相商業(yè)應(yīng)用的TPSF12C1和TPSF12C3，以及面向汽車應(yīng)用的TPSF12C1-Q1 和TPSF12C3-Q1 。這些器件可有效降低電源EMI濾波器中產(chǎn)生的熱量，從而延長濾波電容器的使用壽命并提高系統(tǒng)可靠性。

新的有源EMI濾波器IC包括傳感、濾波、增益、注入階段。該IC采用SOT-23 14引腳封裝，并集成了補(bǔ)償和保護(hù)電路，從而進(jìn)一步降低實(shí)施的復(fù)雜性并減少外部組件的數(shù)量；同時該系列產(chǎn)品滿足IEC 61000-4-5浪涌抗擾度要求，從而大幅減少了對瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管等外部保護(hù)元件的需求。借助PSpice for TI仿真模型和快速入門計算器等支持工具，設(shè)計人員可以輕松地為其系統(tǒng)選擇和實(shí)施合適的元件。

■ 以更低成本滿足嚴(yán)格的EMI標(biāo)準(zhǔn)

Roja de Cande強(qiáng)調(diào)，在電源系統(tǒng)里，無論是OBC還是服務(wù)器電源，EMI設(shè)計都頗具挑戰(zhàn)。主要在于，往往只有把產(chǎn)品做出來了才能知道它的EMI，因此需要不停地整改。

在使用了德州儀器(TI)的有源EMI濾波器(AEF)產(chǎn)品之后，可以提前或者進(jìn)一步在原有設(shè)計中降低EMI干擾，從而幫助客戶簡化整個EMI設(shè)計。針對AEF產(chǎn)品，TI在官網(wǎng)上提供了各種各樣的工具。各種仿真工具可以幫助工程師學(xué)會如何設(shè)計AEF，達(dá)到提前設(shè)計、提前預(yù)估判斷，從而節(jié)省整個產(chǎn)品的EMI調(diào)試時間，幫助產(chǎn)品更好地推廣到市場。

除此之外，針對于車載一級電源DC/DC還有包括集成電容等技術(shù)，幫助客戶更好地降低高頻EMI。同時德州儀器的抖頻技術(shù)也從原來的模擬抖頻、數(shù)據(jù)抖頻進(jìn)化到了雙隨機(jī)展頻(DRSS)技術(shù)，從而應(yīng)對汽車類EMI設(shè)計挑戰(zhàn)。無論是抖頻還是集成電容，都是為了更好地幫助整個系統(tǒng)在高頻頻率去解決客戶EMI問題。AEF則是從低頻角度幫助客戶克服頻率范圍為100kHz至3MHz左右的共?；虿钅８蓴_，從而在EMI整個頻段上幫助客戶解決EMI挑戰(zhàn)。

據(jù)了解，車規(guī)級TPSF12C1-Q1 和TPSF12C3-Q1 現(xiàn)已預(yù)量產(chǎn)，僅可從TI.com.cn 購買，采用4.2mmx2mm SOT-23 14引腳封裝。TI.com.cn提供多種付款方式和配送選項。德州儀器預(yù)計各器件將于2023年第二季度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并計劃在2023年晚些時候發(fā)布另外的獨(dú)立式有源EMI濾波器IC。

德州儀器開關(guān)穩(wěn)壓器業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Carsten Oppitz表示：“相信新的獨(dú)立式有源EMI濾波器IC產(chǎn)品組合將進(jìn)一步助力工程師解決他們所面臨的設(shè)計挑戰(zhàn)，并大幅提高汽車、企業(yè)、航空航天和工業(yè)應(yīng)用中的性能和功率密度?！盧oja de Cande也表示，“考慮到客戶所能減少的共模電源成本、體積、尺寸和整個系統(tǒng)重量來說，這個成本對于客戶而言是在非?？山邮艿姆秶鷥?nèi)的?！?/p>

編輯：黃飛

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