汽車DCDC開關(guān)電源的EMI噪聲源分析

本期內(nèi)容? ? ? ?

各位“攻城獅”朋友們，MPS電源小課堂又準時上線啦~

隨著汽車智能化的普及，車上會裝配越來越多功能復(fù)雜的電子零部件，例如最近幾年比較熱門的自動駕駛，智能座艙等。這些科技感十足的產(chǎn)品，都需要汽車級DCDC 電源來供電, 而DCDC開關(guān)電源又是EMI的源頭，是汽車電子繞不過去的難題。

我們將分三期來討論DCDC開關(guān)電源EMI問題， 分別是：

DCDC噪聲源分析

汽車級DCDC如何通過芯片設(shè)計來優(yōu)化EMI

汽車DCDC系統(tǒng)EMI優(yōu)化設(shè)計

本期電源小課堂，我們首先來給大家分析下DCDC開關(guān)電源的噪聲源。

我們以常用的降壓型Buck為例，下圖是一個典型的Buck電路:

圖2

Buck電路工作有如下兩個工作過程：

圖3 上管Q1開通，電感電流線性上升

圖4 下管Q2開通時，電感電流線性下降

由于開關(guān)Q1,Q2的輪流導(dǎo)通，則輸入電容Cin/Q1/Q2這個環(huán)路A1的區(qū)域的電流是不連續(xù)的，如下圖:

圖5

A1區(qū)就是我們常說的高頻電流環(huán)，這個不連續(xù)的電流就是di/dt EMI噪聲源，而輸出的環(huán)路由于電感電流是連續(xù)的三角波，所以噪聲較小。

DCDC 的另外一個噪聲源就是開關(guān)節(jié)點SW的dv/dt噪聲源，當(dāng)上下管輪流導(dǎo)通時，SW的電壓在高低高低的變化，SW節(jié)點的電壓變化就形成了dv/dt噪聲源。

圖6

那么知道DCDC兩大噪聲源di/dt和dv/dt，他們是怎么產(chǎn)生EMI問題的呢？

首先我們先來看看di/dt 的EMI問題。

我們將典型的Buck電路和傳導(dǎo)測試的LISN網(wǎng)絡(luò)畫到一起，如下圖：

圖7

分析噪聲源時，我們可以用戴維南等效電路來分析，Q1上的不連續(xù)的電流，產(chǎn)生了di/dt噪聲, 我們可以用一個等效的電流源ISW代替，Q2上有電壓變化，我們可以用一個等效電壓源 VSW 代替，等效電路如下:

圖8

根據(jù)疊加定理，單獨分析 ISW di/dt噪聲時， VSW 短路，簡化模型如下，ISW噪聲可以通過LISN網(wǎng)絡(luò)，被LISN網(wǎng)絡(luò)的兩個50ohm電阻測到，產(chǎn)生了一個差模噪聲干擾：

圖9?

再單獨分析電壓源 VSW ，電流源ISW則需要開路，簡化模型如圖。

這個時候，其實看到VSW跟LISN網(wǎng)絡(luò)斷開，也就是說VSW不產(chǎn)生差模噪聲。

圖10?電流源短路

圖11?簡化后模型

通過以上分析似乎di/dt的噪聲源似乎很容易處理，如果只是差模噪聲，那di/dt的EMI就非常容易了，只需要在輸入端加差模LC濾波器，但實際上，很多工程師都發(fā)現(xiàn)，輸入加了差模PI濾波器，di/dt的EMI問題依然存在，特別是高頻段的EMI問題。

其實，實際電路中，會有寄生電感Lp和寄生電容Cp，如下圖所示：

隨著頻率的升高，寄生電感Lp阻抗增加，寄生電容Cp阻抗降低，差模電流路徑將被Lp阻斷，同時寄生電容Cp將提供一個路徑，在高頻段di/dt通過LISN，以及寄生電容Cp形成一個回路，由此可見，di/dt在高頻段將轉(zhuǎn)換成共模噪聲了。

圖12

解決di/dt的高頻的共模問題， 也就變成了如何優(yōu)化寄生電感Lp了，我們會在接下來的微信小文章中來分享具體的方法。

那么dv/dt 高頻噪聲，是怎么被LISN網(wǎng)絡(luò)測試的？

上面我們分析了VSW不產(chǎn)生差模噪聲，那么VSW有沒有共模噪聲呢？

還是用之前的模型，并將電路的寄生參數(shù)畫出來，開關(guān)節(jié)點SW 對大地是有寄生電容Cpsw，VSW的電壓變化，會在寄生電容Cpsw產(chǎn)生電流，dv/dt 通過寄生電容Cpsw回到大地，然后回到LISN網(wǎng)絡(luò)，簡化模型如圖，所以dv/dt產(chǎn)生一個共模噪聲。

圖13?Dv/dt噪聲源傳輸路徑

圖14?簡化后模型

dv/dt的EMI 優(yōu)化，我們也會在接下來的微信文章中來給大家分享。

通過以上的分析，相信大家都對DCDC的EMI兩大噪聲源有了一定的了解，學(xué)習(xí)更多干貨知識，請持續(xù)關(guān)注MPS微信公眾號以及MPS電源小課堂。

審核編輯：湯梓紅