汽车电子中的电磁干扰生成、传播与抑制（上）
品慧电子讯基于安全性的考虑，汽车行业对电磁干扰 (EMI)有严格的要求，这给工程师带来了很大的设计挑战（见图 1）。降低 EMI需要对各种 EMI 问题进行建模与分析。本文提供的建模和抑制方法用来降低非隔离式变换器（例如降压、升压和升降压换器）中的 EMI。
图 1：汽车电子中的传导和辐射EMI
电力电子系统中的许多组件（例如 MOSFET 和二极管）在高频开关期间会产生高 dv/dt 节点和高 dI/dt 环路。这些高 dv/dt 和 dI/dt 值就是EMI产生的根本原因。EMI分为传导EMI 噪声和辐射EMI噪声。传导 EMI是由导体之间的物理接触引起的，而辐射EMI则由感应引起，即使导体不接触也会产生。由于两种EMI 传播路径差别很大，所以我们分别讨论两种EMI噪声。本文将侧重传导 EMI，而下一篇文章将讨论辐射EMI。
传导EMI
传导 EMI 分为差模 (DM) 噪声和共模 (CM)噪声。相应地，对DM噪声和CM噪声应分别建模，以说明它们不同的传播路径和抑制机制。我们采用噪声分离器来获取测量结果，同时区分是DM还是CM导致了大部分的EMI噪声。
DM噪声主要在两线之间流动，而CM电流则以位移电流的形式流向大地。该位移电流经过设备与地之间的电容器，然后流回电网（见图 2）。
图2: 传导EMI中的CM噪声和DM噪声
EMI建模的第一步是将开关用作等效的电流或电压源，之后电流和电压在整个电路中保持恒定。然后，使用叠加定理来详细分析每个源的影响。图 3 显示了如何简化降压变换器的 DM模型。当然，也可能有其他非隔离式变换器的模型。
图 3：降压变换器的DM噪声模型和典型开关波形
图 4 显示了如何简化降压变换器的CM模型。
图 4：降压变换器的CM噪声模型和典型开关波形
谨慎选择输入电容器和输入滤波器可以降低降压变换器中的DM噪声；而利用滤波器最小化开关节点的面积可以降低CM噪声。
图 5 显示了分离并测量降压变换器DM噪声和CM噪声的结果。在本例中，DM噪声是EMI的主要成因。
图 5：降压变换器的整体DM和CM噪声测量
增加DM 滤波器可以降低 EMI，图6所示的噪声测量结果展现了良好的EMI 优化成果。该原理也可扩展至其他DM噪声过多的变换器。
图6: 降压变换器的噪声消减
EMI性能优化的汽车降压变换器
MPS的MPQ4423C-AEC1是一款优化了传导EMI性能的同步整流降压开关模式变换器。它采用侧面镀锡封装，集成功率 MOSFET 并采用同步模式操作，以提高输出电流的效率。
在强制脉宽调制 (PWM) 模式下工作时，MPQ4423C-AEC1能够保持较低的传导EMI辐射（见图 7）。
图7: MPQ4423C-AEC1的传导EMI性能
MPQ8873-AEC1是另一款非常适合汽车应用的4开关降压-升压变换器。MPQ8873-AEC1 具有可配置的参数，包括可调频率展频(FSS)，它周期性地抖动开关频率 (fSW) 以提升EMI性能。MPQ8873-AEC1还采用专用寄存器来启用FSS、调整FSS调制范围并设置 FSS 调制频率。图 8显示了平均传导 EMI测量结果。
图 8：MPQ8873-AEC1 的传导 EMI性能
结论
本文回顾了控制传导 EMI 噪声以满足标准要求的方法，具体包括如何对DM噪声和CM噪声分别建模，并针对不同的应用来降低EMI，同时强调了针对汽车设备如何控制传导EMI以实现峰值效率。
下一篇文章 将利用戴维南定理深入探讨辐射EMI问题的更多细节，戴维南定理可以实现变换器和天线的建模以控制EMI噪声。
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