图2:可能存在的噪音类型

示波器或分析仪可以轻松测量DM噪声,但CM噪声需要使用标准终端网络,如线路阻抗稳定网络(LISN)。这包括所需的定义终端阻抗和滤波以隔离来自上游电源的任何影响。LISN由CISPR标准定义,IT设备通常由CISPR 22规范,专门测量AC-DC转换器噪声但也用于DC-DC转换器。LISN输出是DM和CM噪声的加权组合,因此即使没有CM噪声也可以检测到一半幅度的DM噪声。这意味着必须衰减DM和CM噪声才能满足CISPR 22及EN 55022标准。

DC-DC转换器输入滤波器

DC-DC转换器的系统一定会有噪声,虽然没有一个专门的标准限制,但是整体上必须符合EMC的规定。板载DC-DC制造商在产品中至少包含一个并联输入电容,因此噪声通常都在可以接受的范围之内。在应用中如果需要更低标准的干扰电平,制造商通常会建议在外部添加一个L-C滤波器以降低DM噪声,如图3所示的L和C1。

ACDC和DCDC电源最佳EMI性能的实现

图3:DC-DC转换器之滤波组件

有人可能会想干脆使用较大的L和C值,认为这样可以将噪声降到最低,但这可能适得其反,因为大的电感量可能带来比较大的直流电阻,造成较大的压降和铜损,且大电感的磁饱和也是一个比较突出的问题。较大的L和C值自谐振的频率点较低,进而导致DC-DC输入有振铃和过电压的可能性,甚至有可能让噪声频谱更差。图4显示了没有滤波器的转换器噪声的例子,以及只安装了L和C1,然后再添加C2的例子,反而得出更高的峰值。

ACDC和DCDC电源最佳EMI性能的实现

图4:额外增加滤波电容后反而使EMI恶化

另一个可能发生的问题是不稳定的转换器控制回路。当滤波器在谐振点的输出阻抗接近DC-DC转换器的输入阻抗时就会发生负递增现象,即,当输入电压上升时输入电流会下降。Middlebrook[2] 研究了这种效应并得出结论,输入滤波器的输出阻抗必须远小于转换器的输入阻抗。这可以通过图3中R和C5阻尼电路来实现。C5的容值要远大于5倍的C2,而R是=SQRT(L/C2)。电解电容的省耗因子也能达到类似的效果,但是电容和电阻损耗一样不能很好地控制。

DC-DC转换器通常不会有CM噪声的问题,因为输入和输出都可以做接地处理。如果输入是浮地设计,可以加装电容器C3和C4以降低CM噪声。然而,如果转换器需要符合高压AC输入的安规要求,可允许的电容值会有所限制。C3和C4值决定可流动的最大交流漏电流,并且必须符合瞬态电压和额定值的‘Y’安规电容。在极端的情况下或极为敏感的应用中可能需要使用两个电容串联,例如:在与患者直接接触的医疗设备中使用两个电容串联以防止其中一个电容短路的特殊情况。

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