TPSI31xx 系列產(chǎn)生的噪聲

電磁干擾(EMI)是兩個(gè)電子系統(tǒng)之間由于電磁輻射或電磁傳導(dǎo)而產(chǎn)生的不良影響。EMI 是開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)的應(yīng)用引起的主要不利影響、例如 TPSI31xx 系列器件中集成的開(kāi)關(guān)模式電源。TPSI3100 將隔離式偏置電源集成到 IC 中，無(wú)需任何外部磁性元件。

TPSI3100 利用電感隔離技術(shù)跨隔離柵傳輸功率，從而為兩個(gè)外部電路以及內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器和雙隔離式比較器供電。TPSI3100 內(nèi)部的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器在 85Mhz 下工作，并使用 40kHz 突發(fā)窗口來(lái)調(diào)節(jié)輸出端的電壓。此操作有時(shí)可能會(huì)上拉至 40mA。

圖 1 無(wú)濾波器時(shí)的噪聲頻譜

TPSI3100 會(huì)產(chǎn)生兩種類型的噪聲：低于 2Mhz 的低頻差模噪聲和 85Mhz 的高頻共模噪聲。并非所有通過(guò)隔離柵傳輸?shù)碾娏鞫纪ㄟ^(guò)變壓器返回。雜散電流通過(guò)受到保護(hù)的接地端的電容耦合返回主側(cè)。

噪聲的類型

差分噪聲是軌道上相對(duì)于地面的噪聲。這種類型的噪聲通常是由流經(jīng)電路的斷續(xù)電流引起的。差分噪聲是一種典型噪聲，大多數(shù)學(xué)校和大學(xué)均教授此類噪聲。

圖 2 差模噪聲電路

共模噪聲同步發(fā)生在電源和接地端。噪聲通過(guò)受保護(hù)的接地端或機(jī)箱接地返回到噪聲源。具體而言，在 CISPR 25 測(cè)試環(huán)境中，銅表充當(dāng)受保護(hù)的接地端。對(duì)于牽引逆變器之類的器件，外殼可以充當(dāng)機(jī)箱接地。電流通過(guò)電容耦合流過(guò)受保護(hù)的接地端并返回到噪聲源

圖 3 共模噪聲電路

降噪

差模噪聲可以通過(guò)增加電容器來(lái)降低。當(dāng) TPSI3100 進(jìn)入突發(fā)模式時(shí)，TPSI3100 可上拉至 40mA。如果器件遠(yuǎn)離電源放置（例如在 CISPR 測(cè)試中），則需要足夠低的阻抗和高容量的輸入濾波器。

圖 4 差模噪聲濾波器

當(dāng)共模電流返回時(shí)，這些電流必須流經(jīng)電源和接地電路。通過(guò)在噪聲路徑中加入大阻抗，我們可以減少電流，從而降低噪聲功率；這可以通過(guò)使用一組鐵氧體磁珠來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用一組鐵氧體磁珠，該配置具有降低高頻差模噪聲的額外優(yōu)勢(shì)。

圖 5 共模噪聲濾波器

硬件設(shè)計(jì)

之前的原型設(shè)計(jì)和文檔中使用了 1.1uF。雖然這已經(jīng)滿足了 CISPR 32 的要求，但仍無(wú)法滿足 CISPR 25 5 類傳導(dǎo)發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)，哪怕在最低功率傳輸條件下也是如此。TPSI3100 使用 2 組 2.5K 阻抗鐵氧體磁珠和 3 個(gè)陶瓷輸入電容器（10uF、1uF、0.1uF），能夠以最大功率傳輸滿足 CISPR25 5類傳導(dǎo)發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)。這表明在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)，改進(jìn)幅度至少為 15dBuV 或更高，如 圖 6所示。

圖 6 使用外部濾波器時(shí)的噪聲頻譜

圖 7 已安裝 EMI 濾波器