工作中的低干擾信號(EMI)使用的設(shè)計(jì)工程師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時一般會面臨兩個考驗(yàn)：如何在減少設(shè)計(jì)干擾信號的同時，減小方案的體積。前無源濾波可以減少開關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)性EMI，從而保證符合傳導(dǎo)性EMI標(biāo)準(zhǔn)，但是這種方法可能與提高低EMI定制功率的需求相矛盾，特別是考慮到高開關(guān)速度對整個EMI信號的不利影響。這類無源濾波器通常體積巨大，可占電源方案總體積的30%。因此，在提高功率的同時，合理縮小EMI過濾器的體積仍然是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的首要求。

有源EMI過濾理論是一種較新的EMI過濾方法，可以削弱干擾信號，使工程師能夠大大降低無源過濾器的尺寸，控制成本，提高EMI特性。本文將回顧搭載有源EMI過濾器功能的汽車同步降壓控制器設(shè)計(jì)的結(jié)果，以顯示有源EMI過濾器在EMI性能增加和空間節(jié)約方面的關(guān)鍵優(yōu)勢。

EMI過濾

無源濾波應(yīng)用電感和電容器通過EMI電流獲得阻抗失配，從而減少電路的傳輸和發(fā)送。相比之下，有源濾波可以感應(yīng)輸入總線的電壓，產(chǎn)生相反的電流，可以直接抵抗開關(guān)級產(chǎn)生的EMI電流。

在此背景下，請查看圖1中簡化的無源和有源濾波器電路，其中iN和ZN顯示了諾頓等效電路的電流源和阻抗，以區(qū)分DC/DC穩(wěn)壓器的差異。

圖1.常規(guī)的無源濾波（a）和有源濾波（b）電路安裝啟用

圖1b配有電壓感應(yīng)和電流清除裝置。(VSCC)有源EMI過濾器應(yīng)用計(jì)算放大器電路作為電容倍增器，而不是無源設(shè)計(jì)中的濾波電容器。(CF)。如圖所示，用GOP顯示有源濾波器的感應(yīng)、引入和補(bǔ)償阻抗應(yīng)用較低的電容值和較小的元件規(guī)格來設(shè)計(jì)增益項(xiàng)。高效有源電容通過計(jì)算放大器電路增益并引入電容器(CINJ)設(shè)定。

圖1包括合理過濾器截止頻率的關(guān)系。高效的GOP可以降低有源定制的電感和電容值，截止頻率等于無源設(shè)計(jì)。

優(yōu)化過濾性能

圖2對無源和有源EMI濾波器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了對比，基于傳輸EMI測試。這種設(shè)計(jì)應(yīng)用峰值和均值檢波器可以滿足國際無線電干擾特別委員會的要求。(CISPR)255類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)LM25149-Q1同步降壓DC/DC控制器的功率等級，按照13.5V汽車電池輸入給出圖3所示，開啟和禁用有源EMI濾波器電路后的結(jié)論。有源EMI過濾器的中低頻變?nèi)跖c未過濾或初始噪聲信號相比并不顯著。440kHz基頻重量的峰值EMI水平降低了近50dB，這使得設(shè)計(jì)者能夠更順利地滿足EMI的嚴(yán)格管理。輸出5V和6A。開關(guān)頻率為440kHz。

圖2.比較無源濾波器方案（a）和在等效功率級工作條件下有源濾波器設(shè)計(jì)（b）

圖3所示為啟用和禁用有源EMI 濾波器電路時的結(jié)果。與未濾波或原始噪聲信號相比，有源EMI 濾波器的中、低頻減弱情況更不明顯。440kHz 的基頻分量的峰值EMI 水平降低了近50dB，這使設(shè)計(jì)人員能夠更加輕松地符合EMI 的嚴(yán)格要求。

圖2.比較有源EMI濾波器處于禁用（a）和啟用（b）狀態(tài)下的濾波性能

節(jié)省PCB空間

圖4帶來了無源和有源濾波器級印刷電路板(PCB)布局比較好，結(jié)果如圖2所示。電感占用的空間從5mmx5mm縮小到4mmx4mm。另外，兩個1210電容器被幾個值穩(wěn)定的小型0402設(shè)備所取代，適用于有源EMI過濾器的傳感、引入和補(bǔ)償。這種過濾解決方案的面積減少了近50%，而容積減少了75%以上。

圖4.無源（a）和有源（b）濾波器設(shè)計(jì)的PCB布局尺寸比較

無源裝置的優(yōu)點(diǎn)

如前所述，與無源過濾器設(shè)計(jì)中的電感相比，有源EMI過濾器具有較低的過濾器電感值，可以減少占用空間，降低成本。此外，物理規(guī)格較小的電感一般具有生存繞阻電容較低、自諧振頻率較高的繞阻幾何結(jié)構(gòu)，然后在CISPR25較高的傳輸工作頻段中提高過濾特性：30MHz升至108MHz。

有些汽車設(shè)計(jì)必須串聯(lián)兩個輸入電容器，以確保通過電池供電軌道連接后的無效保護(hù)穩(wěn)定性。因此，有源電路可以節(jié)省額外的空間，因?yàn)樾?402/0603電感和引入電容器的串聯(lián)可以取代多個1210電容器。小型電容器可以簡化設(shè)備的采購過程，因?yàn)檫@些設(shè)備可以隨時購買，不受經(jīng)銷商的限制。

結(jié)語

我們密切關(guān)注EMI，特別是在汽車應(yīng)用中使用電壓感應(yīng)和電流引入的有源濾波器來完成低EMI信號，從而降低占用空間和體積，降低解決方案的成本。有源EMI濾波器電路與同步降壓控制器的集成，有利于處理中低EMI和高功率密度之間的直流/DC穩(wěn)壓器測量問題。