目前在汽車、企業(yè)級應(yīng)用（包括服務(wù)器、通信電源等）、航空航天、工業(yè)以及 HVAC等應(yīng)用中，電氣系統(tǒng)變得愈發(fā)密集，對電源要求越來越高，電源功率也越來越大，使得這些應(yīng)用中的 EMI （電磁干擾）變得尤為重要，緩解EMI 成為工程師的一項(xiàng)關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮因素。
為應(yīng)對電源管理的關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，德州儀器 (TI)多年來一直圍繞低EMI、功率密度、低靜態(tài)電流（IQ）、低噪聲和高精度以及隔離五大技術(shù)方向努力。日前，TI推出業(yè)內(nèi)先進(jìn)的獨(dú)立式有源電磁干擾 (EMI) 濾波器集成電路 (IC)，能夠幫助工程師實(shí)施更小、更輕量的 EMI 濾波器，從而以更低的系統(tǒng)成本增強(qiáng)系統(tǒng)功能，同時(shí)滿足 EMI 監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。
有源EMI濾波器優(yōu)化系統(tǒng)整體性能
高密度應(yīng)用的共模 (CM) 濾波器通常會限制總 Y 電容大小，因此需要大尺寸共模扼流圈來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)轉(zhuǎn)角頻率或?yàn)V波器衰減特性。這導(dǎo)致了權(quán)衡后的無源濾波器設(shè)計(jì)采用笨重且昂貴的共模扼流圈，尺寸相當(dāng)于整個(gè)濾波器大小。
有源 EMI 濾波器（AEF） 可以使得下一代電源轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)更為緊湊的濾波器方案，幫助客戶在前端的濾波器方案里進(jìn)一步減少體積和尺寸。利用有源濾波器來進(jìn)一步優(yōu)化整個(gè)解決方案，同時(shí)也可以降低前端共模電感的損耗，并實(shí)現(xiàn)更好的熱管理，簡化整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而降低系統(tǒng)成本。
AEF電路可縮小系統(tǒng)尺寸（圖源：TI公司）
在使用了 AEF 之后，整個(gè)共模線圈的體積和尺寸明顯減小。沒有用 AEF 時(shí)，共模線圈的電感量在 4 mH，直徑為 70 mm；在使用了 AEF 之后，共模線圈直徑只有 50 mm，電感量到了 0.9 mH的級別。
德州儀器 (TI) 產(chǎn)品線經(jīng)理 Roja de Cande 指出：“AEF 使工程師能夠?qū)⒐材６罅魅Φ碾姼兄到档投噙_(dá) 80%。與純無源濾波器解決方案相比，該功能使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒍罅魅Φ某叽鐪p小 50%。而解決方案尺寸減小后，整體成本和重量也會減小。重量和成本的減小可以方便整個(gè)電源產(chǎn)品后端去做一些優(yōu)化，使得整個(gè)系統(tǒng)的體積和構(gòu)造能夠更為靈活和緊湊。同時(shí)，等效電阻也變小了，發(fā)熱量也會減少，有助于提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性?！?/p>
無源濾波器vs AEF的設(shè)計(jì)（圖源：TI公司）
觀察展示板，左圖是原有的無源濾波器的設(shè)計(jì)，有兩個(gè) 較大的12 mH 共模線圈；使用了 AEF 之后（右圖），共模電感大大減小，從原來的兩個(gè) 12 mH，縮減到了一個(gè) 1 mH，另一個(gè)靠近整個(gè)功率端是 4 mH的扼流線圈。無論從體積、占板面積、重量還是成本上考慮，AEF大大優(yōu)化了整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。
TI 的 AEF 產(chǎn)品包括針對單相和三相商業(yè)應(yīng)用的 TPSF12C1 和 TPSF12C3，以及面向汽車應(yīng)用的 TPSF12C1-Q1 和 TPSF12C3-Q1，均內(nèi)置了補(bǔ)償，對共模干擾有明顯改善，可在單相和三相交流電源系統(tǒng)中檢測和消除高達(dá) 30dB 的共模 EMI（頻率范圍為 100kHz ~ 3MHz）。
車載充電器應(yīng)用
車載充電器 (OBC) 是目前的熱門應(yīng)用之一，通常有單相、單相/三相兼容和三相的 OBC 構(gòu)造。TPSF12C1 可以用在單相濾波器設(shè)計(jì)上，TPSF12C3可以用于三相或者單相/三相兼容的 EMI 設(shè)計(jì)中，在 100kHz ~ 3MHz 頻率范圍內(nèi)可以消除最高可達(dá) 30dB 的EMI。
通常在 OBC 設(shè)計(jì)中，EMI濾波器往往會使用兩級的共模濾波，且共模感量較大，以有效抑制共模干擾。在使用了 TI 的 AEF 之后，在100kHz~3MHz的區(qū)間內(nèi)等效放大了 Y 電容，通過這種技術(shù)上的提高進(jìn)一步減小了共模電感的感量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更小的體積、更小的尺寸和更小的發(fā)熱。
OBC應(yīng)用有效消除共模EMI（圖源：TI公司）
滿足嚴(yán)格的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)
國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 標(biāo)準(zhǔn)是限制電氣和電子設(shè)備中 EMI 的全球基準(zhǔn)。針對于 EMI 的相關(guān)規(guī)范有 CISPR 11、CISPR 32 和 CISPR 25 的 EMI 要求。TPSF12C1、TPSF12C3、TPSF12C1-Q1 和 TPSF12C3-Q1 有助于檢測、處理和降低各種交流/直流電源、車載充電器、服務(wù)器、UPS 和其他以共模噪聲為主的類似系統(tǒng)中的 EMI。
同時(shí)，TI 的 AEF 還滿足 IEC 61000-4-5 浪涌抗擾度要求，從而大幅減少了對瞬態(tài)電壓抑制 (TVS) 二極管等外部保護(hù)元件的需求。借助 PSpice? 仿真模型，工程設(shè)計(jì)人員可以輕松地為自己的系統(tǒng)選擇合適的元件，從而進(jìn)一步簡化和提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
據(jù)Roja de Cande介紹，車規(guī)級TPSF12C1-Q1 和 TPSF12C3-Q1 現(xiàn)已預(yù)量產(chǎn)，采用 4.2mm x 2mm SOT-23 14 引腳封裝。此外，TI還提供兩款EVM——TPSF12C1QEVM 和 TPSF12C3QEVM 評估模塊，均可在 TI官網(wǎng) 上訂購。2023 年 3 月底，商用級 TPSF12C1 和 TPSF12C3 的預(yù)量產(chǎn)產(chǎn)品也將開放購買。
Roja de Cande表示，應(yīng)用 AEF 可以有效解決現(xiàn)有和未來的 DC/DC 對于共模、差模的噪聲消除的要求。未來寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN)使用越來越多，功率密度越來越大，前端的濾波器使用 AEF將進(jìn)一步縮小體積和尺寸，同時(shí)達(dá)到同樣的 EMI 效果。