【導讀】汽車電子行業中，基於安全性的考慮，對EMI的要求極為嚴格，對於汽車電子工程師也提出了挑戰。對各種EMI問題的建模分析，會極為有效的幫助我們減小EMI。本文就將和大家探討下非隔離型變換器（如Buck
，Boost和Buck-Boost）產生EMI的機理
，模型和抑製方法。

圖1：汽車電子中的傳導和輻射EMI

電力電子係統中，我們會用到許多MOSFET，二極管等器件
，它們在高頻開關過程中會產生高dv/dt節點與高di/dt環路，這些是EMI產生的根本原因。

EMI分傳導和輻射兩部分，傳導EMI噪聲可通過纜線或其他導體傳到受害設備
，輻射EMI噪聲則是直接通過空間耦合到受害設備上。這兩種噪聲因為傳播途徑的不同
，建模和分析方法則需要分別來進行探討。

傳導EMI

那傳導EMI怎麼來分析？我們一般把它分為兩種：

差模和共模

差模噪聲（DM）主zhu要yao在zai兩liang條tiao線xian間jian流liu動dong，而er共gong模mo電dian流liu則ze可ke通tong過guo設she備bei對dui地di的de雜za散san電dian容rong以yi位wei移yi電dian流liu的de形xing式shi流liu到dao地di上shang，再zai流liu回hui電dian網wang。因yin為wei這zhe兩liang種zhong噪zao聲sheng的de傳chuan播bo途tu徑jing和he抑yi製zhi機ji理li不bu同tong
，我wo們men需xu要yao分fen別bie進jin行xing建jian模mo分fen析xi。另ling外wai
，在zai測ce量liang中zhong，我wo們men可ke以yi使shi用yong噪zao聲sheng分fen離li器qi來lai得de到dao它ta們men
，據ju此ci就jiu可ke知zhi道dao造zao成chengEMI超標的原因到底是差模還是共模噪聲。

圖2：傳導EMI中的共模和差模噪聲

EMI建(jian)模(mo)的(de)第(di)一(yi)步(bu)是(shi)把(ba)開(kai)關(guan)用(yong)電(dian)流(liu)源(yuan)或(huo)電(dian)壓(ya)源(yuan)進(jin)行(xing)等(deng)效(xiao)
，等(deng)效(xiao)之(zhi)後(hou)，電(dian)路(lu)各(ge)處(chu)的(de)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)依(yi)然(ran)不(bu)變(bian)。然(ran)後(hou)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)疊(die)加(jia)定(ding)理(li)來(lai)具(ju)體(ti)分(fen)析(xi)每(mei)一(yi)個(ge)源(yuan)的(de)影(ying)響(xiang)，以(yi)一(yi)個(ge) Buck 變換器為例
，它的差模和共模模型分別可以簡化到以下模型（圖3
，圖4）。具體過程可以參考本文末“閱讀原文”視頻中的講解。

圖3：Buck Converter的差模噪聲模型與典型開關波形

圖4：Buck Converter的共模噪聲模型與典型開關波形

同理，其他的非隔離變換器的模型也可得到。對於Buck來說
，輸入差模噪聲的抑製可以通過選擇輸入電容以及輸入濾波器來實現；而共模噪聲的抑製則需要減小開關節點的麵積，以及使用共模濾波器。

我們以一個典型Buck Converter為例來解釋EMI抑製的流程與方法。

首先，通過EMI的測量與噪聲分離，發現差模噪聲是引起EMI超標的主要原因（如圖5所示）。因此，降噪方法則是增加差模濾波器，采用降噪措施後結果如圖6。此方法可以推廣到各種變換器上


，具體可以看本文末“閱讀原文”中的視頻介紹。

圖5：Buck的總體
，差模和共模噪聲測量結果示例

圖6：Buck降噪後的總體，差模和共模噪聲測量結果示例

輻射EMI

對於輻射EMI來說，傳統手段是使用電磁場理論進行推導和分析，然而

，對於工程應用來講，繁複的公式推導對於理解和解決EMI問題幫助是有限的，因此
，對於輻射EMI來說
，我們的方法是建立有明確物理意義的電路模型來幫助解決EMI問題。如下圖7所示，輻射EMI可以認為主要通過輸入線和輸出線組成的偶級子天線向空間輻射，而其驅動源則為變換器本身的共模噪聲源。

圖7：輻射EMI的產生機理與模型

因(yin)此(ci)，變(bian)換(huan)器(qi)本(ben)身(shen)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)戴(dai)維(wei)南(nan)定(ding)理(li)等(deng)效(xiao)為(wei)一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)源(yuan)和(he)它(ta)的(de)串(chuan)聯(lian)阻(zu)抗(kang)
，而(er)天(tian)線(xian)則(ze)使(shi)用(yong)三(san)個(ge)阻(zu)抗(kang)來(lai)分(fen)別(bie)表(biao)示(shi)其(qi)自(zi)身(shen)損(sun)耗(hao)，向(xiang)外(wai)輻(fu)射(she)的(de)能(neng)量(liang)，以(yi)及(ji)儲(chu)存(cun)的(de)近(jin)場(chang)能(neng)量(liang)。我(wo)們(men)將(jiang)從(cong)變(bian)換(huan)器(qi)和(he)天(tian)線(xian)兩(liang)個(ge)方(fang)麵(mian)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)。

變換器

對於變換器來說，顯然
，變換器的源越小，輻射的能量也就越小，如下圖8所示，理想狀況下，對於非隔離性變換器來說，輸入與輸出地之間沒有阻抗，而等效的源（VCM）為零
，也就不會產生EMI輻射。但實際上，由於地之間的PCB走線會產生電感
，輸入端（P1）與輸出端（P3）之間也會產生壓降
，這樣就導致了輻射EMI的產生。

圖8：理想與實際Buck-Boost變換器電路模型

據此
，我們可以進行EMI建模，同理，使用電壓源（VSW）和電流源（ID）對開關等效並使用疊加定理後
，如圖9所示


，我們發現電壓源和電流源都會產生輻射的噪聲。

（a）電壓源（b）電流源

圖9：Buck-Boost變換器輻射EMI的噪聲源：

根據模型，我們可以得到各個源對變換器等效源的傳遞函數。在實驗中，用示波器可以測量電壓源，電流源的大小
；用阻抗分析儀可以測量模型中各個阻抗的大小；再進行計算即可預測等效源的大小。如下圖10所示，預測值與實際測量的等效源的值相符。模型的合理性即得到證明。

圖10：預測與實際測量的Buck-Boost變換器等效源

天線

另一方麵
，對於天線來說，我們可以根據一種固定的EMI測試中的天線長度和擺放

，來測量得到它的天線增益。結合我們之前得到的變換器等效源與等效阻抗，我們即可預測實際測量中的EMI噪聲。下圖則是結果是預測的流程和方法，以及預測結果和實際結果的比較，可以看出

，兩者有很好的吻合度。

圖11：預測與實際測量的Buck-Boost變換器的輻射EMI噪聲

因此
，一個抑製輻射EMI的de有you效xiao手shou段duan就jiu是shi減jian小xiao地di的de阻zu抗kang。而er本ben次ci我wo們men分fen享xiang了le兩liang種zhong技ji術shu來lai達da到dao這zhe一yi目mu的de。第di一yi種zhong是shi通tong過guo重zhong新xin布bu線xian來lai減jian小xiao輸shu入ru輸shu出chu地di之zhi間jian的de距ju離li，從cong而er達da到dao減jian小xiao地di平ping麵mian阻zu抗kang的de目mu的de。第di二er種zhong則ze是shi在zai輸shu入ru和he輸shu出chu側ce跨kua接jie一yi個ge小xiao電dian容rong，來lai通tong過guo旁pang路lu的de方fang式shi減jian小xiao輸shu入ru和he輸shu出chu之zhi間jian的de阻zu抗kang。

圖12：減小地平麵阻抗的兩種方法：重新布線與跨接電容。

而測量結果也證實了方法的有效性，下圖中分別顯示了原始的EMI結果與重新布線後的EMI結果以及跨接電容後的EMI結果對比。由此可見，這兩種方法對於輻射EMI都有非常明顯的效果。值得一提的是，以上的方法對於非隔離型的變換器是通用的。

圖13：輻射EMI測量結果對比：（a）原始EMI與重布線後EMI
；（b）原始EMI與電容跨接EMI

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片
、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

輸出帶長線負載的傳導EMI的分析與改善

選擇支持汽車應用的可靠電容器

伺服電機噪音及不穩定分析

IGBT換流回路中雜散電感的測量

什麼是車載充電器？