簡(jiǎn)介

多數電源應用必須減少電磁干擾 (EMI) 以滿(mǎn)足相關(guān)要求，系統設計人員必須嘗試各種方法來(lái)減少傳導和輻射發(fā)射。

電磁兼容性 (EMC) 標準的合規性（例如，針對多媒體設備的 CISPR 32，針對汽車(chē)應用的 CISPR 25）是一項非常重要的任務(wù)，與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本和上市時(shí)間息息相關(guān)。

對于 DC/DC 轉換器而言，雖然采用開(kāi)關(guān)更快的電源器件可以提升開(kāi)關(guān)頻率并縮小尺寸，但在開(kāi)關(guān)轉換期間出現的開(kāi)關(guān)電壓和電流轉換率（dv/dt 和 di/dt）有所提升，通常引起 EMI 加劇，導致整個(gè)系統出現問(wèn)題。

例如，氮化鎵 (GaN) 電源器件的開(kāi)關(guān)速度極快，導致高頻條件下的 EMI 增加 10dB。EMI 濾波器是電力電子系統不可或缺的組成部分，在總體積和總重量方面占比相對較大。因此，必須非常關(guān)注系統的 EMI 降噪和抑制，不僅要滿(mǎn)足 EMC 規范，還需降低解決方案成本并提高系統功率密度。

本文是 EMI 系列文章的第一部分，回顧了相關(guān)標準和測量技術(shù)，主要側重于傳導發(fā)射。表 1 列出了與 EMI 有關(guān)的常用縮寫(xiě)和命名法。

表 1：與 EMI 和 EMC 相關(guān)的常見(jiàn)縮略語(yǔ)、縮寫(xiě)和單位。

EMC 監管規范

EMC 指系統或內含元器件在其電磁環(huán)境中按要求運行，不會(huì )對環(huán)境中的任何設備產(chǎn)生超出容限的電磁干擾的能力。此類(lèi)干擾可能造成嚴重后果，因此各種國內和國際監管規范中均設立了 EMC 條款。

在歐盟區域內，通信市場(chǎng)銷(xiāo)售的電源產(chǎn)品多年來(lái)通常采用 EN 55022/CISPR 22 產(chǎn)品標準，從而在傳導和輻射發(fā)射兩方面滿(mǎn)足合規性要求，歐盟之外參照此標準的電源產(chǎn)品使用 CE 符合性聲明 (DoC)，滿(mǎn)足歐盟 EMC 指令 2014/30/EU 的合規性。

針對北美市場(chǎng)設計的產(chǎn)品符合 FCC 第 15 部分 的限值。IEC 61000-6-3 和 IEC 61000-6-4 通用 EMC 標準分別適用于輕工業(yè)和工業(yè)環(huán)境。

然而，在輻射方面，EN 55032 產(chǎn)品標準已取代 EN 55022 (ITE)、EN 55013（廣播接收器和相關(guān)設備）和 EN 55103-1（音視頻設備）。這一新標準正式成為符合 EMC 指令的統一輻射標準。更具體地說(shuō)，之前根據 EN 55022 進(jìn)行測試并在 2017 年 3 月 2 日后運往歐盟的所有產(chǎn)品，必須符合 EN 55032 的要求。

隨著(zhù) EN 55022 標準撤銷(xiāo)并由 EN 55032 取代，電源制造商和供應商需要按照新標準更新其 DoC 證書(shū)，從而合法地使用 CE 認證徽標。圖 1 顯示了在 150kHz 至 30MHz 的適用頻率范圍內，使用準峰值 (QP) 和平均值 (AVG) 信號檢測器進(jìn)行的傳導發(fā)射的 EN 55022/32 A 類(lèi)和 B 類(lèi)限值。

圖 1：使用準峰值和平均值檢測器的 EN 55022 A 類(lèi)和 B 類(lèi)傳導發(fā)射限值。

對于汽車(chē)終端設備，未來(lái) EMC 合規性的主要推動(dòng)力無(wú)疑來(lái)自于通過(guò)車(chē)輛間通信支持的自主車(chē)輛。針對“板載接收器保護”的 CISPR 25 規范已針對傳導發(fā)射設置了嚴格的限制，在 FM 頻帶（76MHz 至 108MHz）的限制尤為嚴格。

從監管角度而言，UNECE 10 號法規在 2014 年 11 月取代了歐盟的汽車(chē) EMC 指令 2004/104/EC，其中要求制造商必須取得所有車(chē)輛、電子元器件 (ESA)、元器件和獨立技術(shù)單元的型式認證。

CISPR 25 測試的傳導發(fā)射均在 150kHz 至 108MHz 頻率范圍的特定頻帶內進(jìn)行測量。具體而言，調節頻率范圍分布在 AM 廣播、FM 廣播和移動(dòng)服務(wù)頻帶之間，如圖 2 中的圖象和表格所示。圖 2 還繪制了 CISPR 25 5 類(lèi)（最嚴苛的要求）的相關(guān)限值圖象。盡管頻帶之間的帶隙允許更高的噪聲尖峰，但汽車(chē)制造商可能會(huì )根據其特定的內部 EMC 要求選擇擴展這些頻率范圍。這些要求通�；�于國際 IEC 標準，僅更改不同測試或限值的少量參數，其核心內容保持不變。

圖 2：CISPR 25 5 類(lèi)傳導發(fā)射限值。

為了應對 CISPR 25 限值帶來(lái)的挑戰，尤其是 FM 頻帶方面，請注意，50Ω 測量電阻產(chǎn)生的 18dBμV 對應的噪聲電流僅為 159nA。

測量傳導 EMI

LISN 測量 EUT 產(chǎn)生的傳導發(fā)射。它是插入 EMI 源和電源之間測量點(diǎn)的接口，確保 EMI 測量結果的可重復性和可比較性。圖 3 所示為根據 CISPR 16-1-2 [12] 或 ANSI C63.4標準定義的標準 50μH LISN 的功能等效電路（并非完整原理圖）。

LISN 提供：

· 在給定頻率范圍內，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)校準的穩定信號源阻抗。

· 在該頻率范圍內，將 EUT 和測量設備與輸入電源隔離。

· 與測量設備建立安全適用的連接。

· 單獨測量?jì)蓷l線(xiàn)路的總噪聲級別，圖 3 中以 L 和 N 表示。

圖 3：使用 V 型 LISN 進(jìn)行的傳導發(fā)射測量。

簡(jiǎn)而言之，使用信號源阻抗已知的預定義測試方案能夠獲得可重復性結果。注：LISN 可能包含一個(gè)或多個(gè)獨立 LISN 電路。

LISN 的實(shí)質(zhì)是 pi 濾波器網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)低通電感-電容 (LC) 濾波器，EUT 與輸入電源線(xiàn) L 和 N 相連，如圖 3 所示。LISN 電感值基于在產(chǎn)品理想安裝狀態(tài)下，電源線(xiàn)的預期電感。

CISPR 16 和 ANSI C63.4 為 LISN 指定了一個(gè) 50μH 電感，該值與電信設備中約 50 米的配電布線(xiàn)系統的電感相符。相反，CISPR 25 指定 5μH LISN，與汽車(chē)線(xiàn)束的近似電感相對應。

LISN 為噪聲發(fā)射信號提供明確定義的阻抗。LISN 制造商通常提供校準曲線(xiàn)，指示特定測量頻率范圍內的標稱(chēng)阻抗。根據 CISPR 16-1-2，允許的容差是 ±20% 的幅值和 ±11.5° 的相位。

對于使用 EMI 接收器或頻譜分析儀進(jìn)行的測量，噪聲信號可通過(guò)高通濾波器網(wǎng)絡(luò )（如圖 3 所示）獲得，該網(wǎng)絡(luò )的耦合電容為 0.1μF，放電電阻為 1kΩ，測量端口的端接電阻為  50Ω 。圖 4 顯示了在 150kHz 至 30MHz 的頻率范圍，(50μH + 5Ω) || 50Ω LISN 的模擬阻抗圖。

圖 4：在 150kHz 至 30MHz 的調節頻率范圍內，測量端口處的 50Ω，50μH LISN 標稱(chēng)阻抗特性。

針對汽車(chē)應用的 CISPR 25 測試裝置

圖 5 顯示了 CISPR 25 推薦的傳導發(fā)射測試裝置。該標準定義了待測系統的處理方式以及測量方案和設備。根據 CISPR 25 規范，LISN 在此處指定為 AN。當汽車(chē)功率回流線(xiàn)超過(guò) 200mm 時(shí)，EUT 遠程接地，需要兩個(gè) AN：二者分別用于正電源線(xiàn)和功率回流線(xiàn)。相反，如果汽車(chē)功率回流線(xiàn)不超過(guò) 200mm，則 EUT 本地接地，只需將一個(gè) AN 應用于正電源。

AN 直接安裝在基準接地平面之上，AN 外殼與接地平面相連。電源回流線(xiàn)還與電源和 AN 之間的接地平面相連。將 EMI 接收器連接到相應 AN 的測量端口可確保成功測量每條電源線(xiàn)上的傳導發(fā)射。與此同時(shí)，插入另一條電源線(xiàn)的 AN 的測量端口端接 50Ω 負載。

圖 5：CISPR 25 傳導 EMI 測試方案（電壓法）概述。

圖 6 顯示了用于預合規測試的 CISPR 25 傳導發(fā)射試驗室。LISN 是右側的藍色箱體，鋰離子汽車(chē)電池位于其后，DUT 位于左側的絕緣材料上。為了在特定電源電壓下（例如 13.5V）進(jìn)行測試，使用可變電壓源從試驗室外部通過(guò)隔板饋電。結果通過(guò)各自的 LISN 在線(xiàn)路端（熱回路）和返回端（接地）獲取。

圖 6：使用兩個(gè)單極 LISN 和銅箔接地平面的 CISPR 25 傳導 EMI 測試裝置。

圖 7 顯示了典型的 CISPR 25 傳導 EMI 掃描結果，黃色和藍色分別表示峰值和平均測量值。我們可以看到 DC/DC 轉換器安靜地運行，傳導發(fā)射遠低于嚴格的 5 類(lèi)限值。這種測量技術(shù)在 30MHz 以上發(fā)生改變，因為 EMI 接收器的 RBW 從 9kHz 調整為 120kHz，可能導致測量噪底發(fā)生變化。

圖 7：典型的 CISPR 25 傳導 EMI 測量。

總結

有意或者無(wú)意產(chǎn)生的電磁能量均對其他設備造成電磁干擾。商業(yè)產(chǎn)品需要在正常運行過(guò)程中將產(chǎn)生的電磁能量降至最低水平。

世界各地的許多管理機構均對允許最終產(chǎn)品產(chǎn)生的傳導和輻射 EMI 的等級進(jìn)行了規定。采用適用的測量技術(shù)可以定量分析此類(lèi)發(fā)射，以便采取適當的措施符合法規的合規性。

EMC 要求通常事關(guān)在 AC 電源線(xiàn)（和信號線(xiàn)）所測量系統的整體情況，而 DC/DC 轉換器作為子元器件，并沒(méi)有具體的 EMC 限值。然而，用戶(hù)可以執行預合規性測試，確定 EMI 是否造成不良影響。