汽车DCDC开关电源的EMI噪声源分析

发布时间:2023-08-22  

随着汽车智能化的普及,车上会装配越来越多功能复杂的电子零部件,例如最近几年比较热门的自动驾驶,智能座舱等。这些科技感十足的产品,都需要汽车级DCDC 电源来供电, 而DCDC开关电源又是EMI的源头,是汽车电子绕不过去的难题。


我们将分三期来讨论DCDC开关电源EMI问题, 分别是:

DCDC噪声源分析

汽车级DCDC如何通过芯片设计来优化EMI

汽车DCDC系统EMI优化设计

本期电源小课堂,我们首先来给大家分析下DCDC开关电源的噪声源。

我们以常用的降压型Buck为例,下图是一个典型的Buck电路:

32762ede-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图2

Buck电路工作有如下两个工作过程:

32cb1f02-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图3 上管Q1开通,电感电流线性上升

332a6c00-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图4 下管Q2开通时,电感电流线性下降

由于开关Q1,Q2的轮流导通,则输入电容Cin/Q1/Q2这个环路A1的区域的电流是不连续的,如下图:

3344a160-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图5

A1区就是我们常说的高频电流环,这个不连续的电流就是di/dt EMI噪声源,而输出的环路由于电感电流是连续的三角波,所以噪声较小。

DCDC 的另外一个噪声源就是开关节点SW的dv/dt噪声源,当上下管轮流导通时,SW的电压在高低高低的变化,SW节点的电压变化就形成了dv/dt噪声源。

33bdef16-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图6

那么知道DCDC两大噪声源di/dt和dv/dt,他们是怎么产生EMI问题的呢?

首先我们先来看看di/dt 的EMI问题。

我们将典型的Buck电路和传导测试的LISN网络画到一起,如下图:

33de51b6-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图7

分析噪声源时,我们可以用戴维南等效电路来分析,Q1上的不连续的电流,产生了di/dt噪声, 我们可以用一个等效的电流源ISW代替,Q2上有电压变化,我们可以用一个等效电压源 VSW 代替,等效电路如下:

33f1502c-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图8

根据叠加定理,单独分析 ISW di/dt噪声时, VSW 短路,简化模型如下,ISW噪声可以通过LISN网络,被LISN网络的两个50ohm电阻测到,产生了一个差模噪声干扰:

34299e0a-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图9 

再单独分析电压源 VSW ,电流源ISW则需要开路,简化模型如图。

这个时候,其实看到VSW跟LISN网络断开,也就是说VSW不产生差模噪声。

34820004-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图10 电流源短路

34a25016-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图11 简化后模型

通过以上分析似乎di/dt的噪声源似乎很容易处理,如果只是差模噪声,那di/dt的EMI就非常容易了,只需要在输入端加差模LC滤波器,但实际上,很多工程师都发现,输入加了差模PI滤波器,di/dt的EMI问题依然存在,特别是高频段的EMI问题。

其实,实际电路中,会有寄生电感Lp和寄生电容Cp,如下图所示:

随着频率的升高,寄生电感Lp阻抗增加,寄生电容Cp阻抗降低,差模电流路径将被Lp阻断,同时寄生电容Cp将提供一个路径,在高频段di/dt通过LISN,以及寄生电容Cp形成一个回路,由此可见,di/dt在高频段将转换成共模噪声了。

34d19196-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图12

解决di/dt的高频的共模问题, 也就变成了如何优化寄生电感Lp了,我们会在接下来的微信小文章中来分享具体的方法。

那么dv/dt 高频噪声,是怎么被LISN网络测试的?

上面我们分析了VSW不产生差模噪声,那么VSW有没有共模噪声呢?

还是用之前的模型,并将电路的寄生参数画出来,开关节点SW 对大地是有寄生电容Cpsw,VSW的电压变化,会在寄生电容Cpsw产生电流,dv/dt 通过寄生电容Cpsw回到大地,然后回到LISN网络,简化模型如图,所以dv/dt产生一个共模噪声。

35054874-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图13 Dv/dt噪声源传输路径

352d4ca2-2b6b-11ee-a368-dac502259ad0.png

图14 简化后模型


文章来源于:电子工程世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>