德州仪器：降低EMI让电源管理更“静音”

近日，德州仪器召开新品发布会，德州仪器产品线经理 Roja de Cande女士向我们介绍了业内先进的独立式有源 EMI 滤波器IC。该新品致力于帮助工程师在电源管理设计上实施更小型更轻量的EMI滤波器，以降低系统设计成本和材料成本，同时能满足EMI监管标准。

在现代生活中，电气系统变得愈发密集。随着整个电气系统变得愈发密集，对电源要求越来越高，电源功率也越来越大，使得这些应用中的 EMI 变得尤为重要。但要实现低EMI，现有的方案却面临两难挑战：既要降低设计的EMI，又要缩小电源方案的尺寸。而传统集成无源EMI滤波器的做法就面临这一“两难”：虽可降低EMI，但无源滤波器往往体积较大，约占电源解决方案总体积的30%之多，难以两全。

从近两年的技术发展和市场需求来看，在未来高禁带的器件，类似于碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等第三代半导体材料会使用越来越多。从功率角度来说，功率密度越来越大，前端的滤波器就可以使用AEF产品进一步缩小体积和尺寸，并且还具有相同的EMI 效果。

电源管理设计的五大挑战

1.低电磁干扰 (EMI)：能够尽可能地去减少系统组件的干扰，并简化工程师的设计。有源 EMI 滤波器 (AEF) 是低 EMI产品的一种，它可以大大减少前端共模电感的体积和尺寸，进一步降低整个系统的成本。

2.提升功率密度。提高功率密度可以实现更多系统功能，从而降低成本。在提高功率密度方面，对于电源，一方面在提高整个电源的效率以及热管理，同时进一步提高它的开关频率，使得系统能够用到更高的开关频率，从而能够用更小的电感和电容实现整个占板面积的减小和功率密度的提高。

3.降低IQ。对于电池应用，能够延长电池寿命，以及整个电池使用时间。比如在烟感器等应用中，低 IQ 能够大大延长产品的使用寿命和使用周期。

4.具备低噪声和高精度。低噪声和高精度电源能够简化功率链，提升整个产品的可靠性。

5.隔离设计。在高压和安全关键性应用中能够实现更高的工作电压和更好的可靠性，同时实现了以更小的方案实现隔离的需求。

如何缩小独立式有源AEF

举个简单的例子，日常生活中使用到的降噪耳机其实跟 AEF 有异曲同工的表现。首先是检测噪声，内部会集成一个高带宽的运放。比如，先通过三相电容去检测整个线上的噪声，到运放里把差模分量抵消掉，把共模的分量叠加出来，这相当于检测到了所有共模噪声的分量，然后通过内部运放去把它反向和放大，反向和放大都是运放内部做的。最后再以一个反向电流的形式注入到输入线上，从而去抵消原有的共模噪声，这就是 AEF 基本的实现方式。

在应用中，考虑到漏电流的关系，所以 Y 电容是受限的，原有的被动元件不得不放大原来共模电感的感量。因为AEF的降噪流程是检测、反向放大、注入，所以相当于是等效放大了Y电容（在100kHz至3MHz频率范围）。这既能够有效减小漏电，同时也能够放大 100kHz至3MHz的等效Y电容，进一步降低整个共模电感的感量，从而降低解决方案的体积和重量。

全新独立式有源 EMI 滤波器IC

针对电源管理系统中涉及到的降低EMI挑战，TI推出了新的有源 EMI 滤波器 IC 系列包括针对单相和三相商业应用的 TPSF12C1 和 TPSF12C3，以及面向汽车应用的 TPSF12C1-Q1 和 TPSF12C3-Q1。这些器件可有效降低电源 EMI 滤波器中产生的热量，从而延长滤波电容器的使用寿命并提高系统可靠性。

没有用AEF时，共模线圈的电感量在4 mH，直径为70 mm；在使用了AEF之后，共模线圈直径只有50mm，同时感量到了0.9 mH的级别。AEF使工程师能够将共模扼流圈的电感值降低多达80%。与纯无源滤波器解决方案相比，该功能使设计人员能够将扼流圈的尺寸减小50%。而解决方案尺寸减小后，整体成本和重量也会减小。

从实际的展示板来看，左图是原有的无源滤波器的设计，有两个12 mH 的较大的共模线圈。使用了 AEF 之后（右图），可以非常直观地看到共模电感大大减小了，从原来的两个 12mH，缩减到了一个1mH，另一个靠近整个功率端是4mH的扼流线圈。无论从体积、占板面积、重量还是成本上考虑，AEF都大大优化了整个系统的表现。TI的AEF产品包括针对单相和三相商业应用的TPSF12C1和TPSF12C3，以及面向汽车应用的TPSF12C1-Q1和 TPSF12C3-Q1，均内置了补偿，对共模干扰有明显改善，可在单相和三相交流电源系统中检测和消除高达30dB的共模 EMI（频率范围为100kHz至3MHz）。