电磁干扰 (EMI) 被誉为电源设计中最困难的方面之一。我认为这种声誉在很大程度上来自这样一个事实，即大多数与 EMI 相关的挑战并不是通过查看原理图就能解决的问题。这可能令人沮丧，因为原理图是工程师了解电路功能的中心位置。当然，您知道设计中有一些不在原理图中的相关功能——比如代码。

您还知道原理图并不代表印刷线路板寄生效应之类的东西。然而，在 EMI 中，像这样的寄生效应可能会影响您满足要求的能力，迫使您拥有必要的经验来识别哪些类型的寄生效应会对 EMI 频谱产生积极或消极的影响。这篇 Power Tip 文章将探讨这些类型的寄生效应如何在电动汽车 (EV) 的基于氮化镓 (GaN) 的车载充电器 (OBC) 中产生意想不到的 EMI 滤波器谐振。

显示了 OBC 的高级系统表示。它的主要功能是对电网到车辆的电压和电流电池充电。第二个功能是车辆到电网的功率流，以便电动汽车可以补充可能具有波动峰值容量的可再生能源。

车载充电器的 EMI 评测

EMI 包括差模 (DM) 和共模 (CM) 噪声。对于 OBC 系统，DM 噪声主要由功率因数校正 (PFC) 的输入电流产生，而 CM 噪声可能由 PFC 和导体-电感-电感-电感-电容 (CLLLC) 产生。在原理图的右下角显示了 OBC 的冷却解决方案(冷板)。冷板对于防止组件过热至关重要;但是，它的存在会引入影响 EMI 的寄生电容。

在开关节点到冷板之间、在冷板的初级和次级接地之间以及在 CLLLC 变压器的初级和次级绕组之间存在寄生电容。这些寄生电容会产生或影响系统中的 CM 噪声电流水平。

使用估计的寄生电容，仿真表明，在最坏的情况下，只有2.2µF 输入电容 (C X1) 的裸 DM 噪声约为110dBµV。同样，没有任何 CM 滤波器的裸 CM 噪声在大约350kHz 时约为115dBµV。设计两级 EMI 滤波器有助于将 EMI 噪声衰减到低于 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR)32标准。

L CM1和 L CM2在350kHz 时的共模阻抗约为3kΩ。它们的漏感约为6.4µH，用于 DM 噪声衰减。C X1和 C X2是用于 DM 噪声衰减的2.2-µF 薄膜电容器，而 C Y1、C Y2、C Y3和 C Y4是用于 CM 噪声衰减的4.7-nF 陶瓷电容器。

理想情况下，通过设计的滤波器，裸 CM 噪声和裸 DM 噪声均应衰减65dBµV 以上，EMI 噪声应符合 CISPR32标准。然而，仍有一些实际挑战需要解决。

EMI滤波器谐振

EMI 滤波器在设计上充满了共振。事实上，正是这些谐振使滤波器能够衰减噪声并使系统能够通过 EMI 标准。显示了 EMI 滤波器的典型衰减曲线。请注意，在高于100kHz 的频率下，滤波器可以很好地降低幅度。但是，在100kHz 以下有一些谐振，如果它们存在于开关频率之上，则可能会产生很大的问题。

显然，没有人会故意在开关频率上放置谐振，但互连阻抗、组件寄生或两者有时会促使系统以一种无意的方式运行。

显示了与图2相比略有修改的 EMI 滤波器。不同之处在于红色的组件。L P1和 L P2代表 EMI 滤波器和 PFC 输入之间互连的寄生电感。L P1和 L P2的存在需要一些局部电容才能使 PFC 电流流过。因此，将 C X1移至 PFC 的输入并添加 C X0增加了滤波器的衰减。红色的四个元素组合在一同产生240kHz 的共振。在本设计中，240kHz 是两相 PFC 的转换组合开关频率。这种谐振会放大开关电流，并随后使该频率下的 EMI 变得更糟。

显示了流经 L P1的交流线路电流的时域波形，洋红色显示，交流输入电压显示为蓝色。请注意，电流具有显着的240kHz 正弦波，峰峰值幅度为28A。该正弦波是三角形 PFC 电流流经中红色组件所产生的非预期放大器的直接结果。

抑制这样的谐振可能具有挑战性，因为必要的阻尼器通常需要比电路中使用的更大的电感器或电容器。另一种可能的解决方案可能是降低互连的电感，以使谐振不再位于开关频率之上。从理论上讲，这听起来不错，但实际上，这种互连是有原因的。所以，让它变小是不可行的。

另一种选择是考虑保留 C X0和 C X1的必要性。您无法移除 C X1，因为 PFC 需要一些本地输入电容来提供高频电流。然而，C X0是为了增加电容，目的是增加衰减。移除 C X0将 EMI 改善了大约6dBµV。幅度降低了50%，并且通过标准所需的衰减 (65dBµV) 的很大一部分。这是一笔不错的交易。

两个设计要点

这里的要点是双重的。首先是原始前提：原理图并不能说明 EMI 的全部情况。在这种情况下，互连电感会导致意外谐振，放大开关频率噪声。识别问题的根本原因始终是调试中最关键的一步。

第二个要点是，有时通常好的东西(滤波电容器)越少越好。您通常可以通过添加组件来解决 EMI 问题，但在这种情况下，组件的存在会使问题变得更糟。因此，通过去除 C X1，我们能够减小滤波器的尺寸、降低系统成本并改善 EMI。