影响电源转换器在高频条件EMI特性的辐射发射 (电源转换器会短路吗)

辐射电磁干扰(EMI)是一种在特定环境中动态出现的问题，与电源转换器内部的寄生效应、电路布局和元器件排布及其在运行时所处的整体*相关。因此，从设计工程师的角度出发，辐射EMI的问题通常更具挑战性，复杂度更高，在*主板使用多个DC/DC功率级时尤为如此。了解辐射EMI的基本机制以及测量要求、频率范围和相应*条件至关重要。本文重点介绍这些方面的内容，展示辐射EMI测量装置以及两个DC/DC降压转换器的结果。近场耦合图1概略介绍了噪声源与受干扰电路之间基本EMI耦合模式特别是电感或H场耦合需要di/dt较高的时变电流源和两条磁耦合回路（或带有返回路径的平行导线）。另一方面，电容或E场耦合需要dv/dt较高的时变电压源和两块紧邻的金属板。这两种机制均属于近场耦合，其中的噪声源与受干扰电路非常接近，可使用近场嗅探器进行测量。

整理分享影响电源转换器在高频条件EMI特性的辐射发射 (电源转换器会短路吗)，希望有所帮助，仅作参考，欢迎阅读内容。

内容相关其他词:电源转换器对电瓶有影响吗,电源转换器的原理,电源转换器的作用是什么,影响电源转换器功率因素,影响电源转换器的因素有,电源转换器的原理,影响电源转换器的因素有,影响电源转换器的因素有,内容如对您有帮助，希望把内容链接给更多的朋友！

图1：EMI耦合模式例如，现代电源开关，特别是氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)基晶体管，其输出电容COSS较低，栅极电荷QG较少，能够以极高的dv/dt和di/dt转换率进行开关。相邻电路发生H场和E场耦合以及串扰的可能性很高。然而，随着互感或电容减小，耦合结构的间距增大，近场耦合显著减弱。远场耦合典型的电磁(EM)波以E场和H场组合的形式传播。辐射天线源附近的场结构为复杂的三维模式。从辐射源进一步分析，远场区域中的EM波由彼此正交并且与传播方向正交的E场和H场分量组成。图2展示了这种平面波，它代表辐射EMI的主要基准，受到各种辐射标准的约束。

图2：电磁平面波传播图3所示的波阻抗等于电场强度与磁场强度之比。远场区域中的E和H分量同相，因此远场阻抗呈阻性，具体值可通过麦克斯韦方程（如方程1所示）的平面波解决方案计算：

如果λ是波长，F是所需频率，方程2通常表示近场和远场区域之间的边界：

然而，该边界不是精确的标准，仅用于指示一般性过渡区域（图3中描述为l/至3l），其中的场从复杂的分布形态演变为平面波。

图3：麦克斯韦定律中近场和远场区域的波阻抗鉴于多数天线设计用于检测和响应电场，辐射的电磁波通常称为垂直或水平极化，具体取决于电场方向。测量E场天线一般应与传播的E场在同一平面中定向，从而检测最大场强。因此，辐射EMI测试标准通常介绍接收天线以垂直和水平极化方式安装时的测量。工业和多媒体设备中的辐射EMI表1列出了联邦通信委员会(FCC)第部分B子节针对无意辐射体规定的A类和B类辐射发射限值。此外，本规范第.(g)条允许在使用美国国家标准协会(ANSI)C.4-规定的测量方法时，使用国际监听电干扰特别委员会(C*PR)规定的辐射发射限值（如表2所述）。表1和表2中规定的限值均针对低于1GHz的频率，使用C*PR准峰值(QP)*功能，分辨率带宽(RBW)为kHz。表3和表4规定的限值针对1GHz以上的频率，此时使用峰值(PK)和平均(*G)*以及分辨率带宽为1MHz的*。对于指定的测量距离，B类民用或家用应用*通常比A类商用或工业应用*更严格，通常高出6dB至dB。另请注意，表1和表2还包括一个按照.(f)(1)使用的dB/dec的反向线性距离(1/d)比例系数，针对3m和m天线测量距离对应的限值进行归一化处理，从而确定合规性。例如，如果将天线放置在3米而非米的位置，从而保持在测试设备边界内，则*幅值调整约.5dB。表1：按照CFR.(a)和(b)标准规定的MHz到1GHz范围的辐射发射场强QP限值

表2：按照CFR.(g)/C*PR/标准规定的MHz到1GHz范围的辐射发射场强QP限值

表3：按照CFR.(a)和(b)标准规定的1GHz到6GHz范围的辐射发射场强限值

表4：按照CFR.(g)/C*PR/标准规定的1GHz到6GHz范围的辐射发射场强限值

图4展示了当天线距离为3m时，A类和B类相关限值的图象。符合FCC的设计包括采用Bluetooth®低能耗技术的气体传感器实施方案，其由电池供电，可从德州仪器(TI)购买。用户可下载有关此设计的FCCA类合规性报告，其中列出辐射发射测试数据和图象，以便查阅相关信息。

图4：FCC第部分和C*PR的A类和B类辐射限值（对于低于和高于1GHz这两种条件，分别使用QP和*G*）如图5所示，辐射EMI测试程序包括将待测设备(EUT)和支持设备放置在半消声室(SAC)或开阔试验场(OATS)内的非导电转盘（高出基准接地平面0.8m）之上，遵循C*PR-1中所定义。EUT设置在与安装于天线塔上的接收天线相距3m的位置。使用经校准的宽带天线（双锥形天线和对数周期天线组合，或者Bilog天线）的PK*预扫描功能，沿水平和垂直两种天线极化方向对MHz到1GHz的辐射发*行检测。这种探究性测试可以确定所有重要发射的频率。执行该测试后，使用QP*检查相关的故障点，记录最终合规测量值。在测试期间，EMI*的RBW设置为kHz。配置天线的水平和垂直极化方向（将其相对于接地平面旋转°），并将高度调整为高出接地平面1m到4m，以便在考虑地面反射时，将每个测试频率对应的场强读数最大化。在测量期间，可将转盘上的EUT在0到°之间旋转，使天线与EUT之间的方位角发生变化，以便根据EUT的方位获得最大场强读数。天线位于EUT的远场区，对应于3m天线距离，频率为.9MHz。

图5：FCC第部分和C*PR/对应的辐射发射测量装置可以使用喇叭天线针对1GHz以上的频率执行PK*预扫描，然后在接近*时使用*G*。EMI*的RBW设置为1MHz。天线方向明确，因此无需执行高度扫描，接地平面和暗室壁的反射也很难造成干扰。然而，EUT在这些频率下的辐射发射方向性更强，因此转盘再次旋转度，确定天线极化方向以获得最大响应。根据表5，测量频率的上限范围随EUT的最高内部频率发生变化。表5：辐射发射最大测量频率（基于EUT内部时钟源的最高频率）

辐射发射测试以每米若干分贝/微伏(dB/mV)为单位校准电场强度。天线因子(AF)是天线平面产生的电场(mV/m)与频谱分析仪(SA)或扫描EMI*测得的电压(dB/mV)之比。一般而言，校正的发射电平由方程3推导得出，推导时将AF、电缆损耗(CL)、衰减器和RF*器损耗因子(AL)以及放大器预增益(AG)考虑在内。

图6所示为LMRV/3A降压转换器辐射发射测试装置的照片和结果。测量条件为V输入、5V输出、3A负载电流和kHz开关频率。

图6：C*PR辐射EMI测试：测试装置照片(a)；水平和垂直极化天线的辐射EMI结果(b)汽车*中的辐射EMI尽管*电缆可以削弱汽车*中的干扰效应，但EMI可通过串扰“有效地”在易受影响的电路中耦合。在场线耦合效应的作用下，对于体积相对较小但电源分布密集、信号通过电缆束的车辆，辐射排放还可能导致信号互连出现辐射抗扰问题。基于上述原因，评估EMI性能便成为汽车工程师在设计和测试电动汽车时重点关注的问题。UNECE号法规和C*PRC*PR和C*PR均为国际标准，提供*电干扰测量的限值和程序，分别为汽车的车载和非车载*提供保护。C*PR特别适用于汽车级别，也适用于所有车用电子组件(ESA)。与其他标准相比，C*PR通常作为汽车制造商及其供应商定义产品规格的基础，但不是评定合规性和遵从情况的基准。自欧盟电动汽车EMC指令废止后，*欧洲经济委员会(UNECE)第条规定中出现这一差别。C*PR针对车辆元器件排放测量定义了数种方法和限值类别，兼顾宽带(BB)源和窄带(NB)源。图7说明了针对元器件/模块使用PK和*G*的5类限值。测量对象为车辆中工作在广播和移动服务频带中的*。最低测量频率涉及kHz至kHz的欧洲长波(LW)广播频带，最高频率为2.5GHz（考虑蓝牙传输）。

图7：使用内衬吸收器的*外壳(ALSE)方法，通过峰值和平均值*（线性频率标度）测得的元器件/模块的C*PR类辐射限值对于MHz以下和以上两种条件下的检测，扫描*的RBW分别为9kHz和kHz。例外情况是GPSL1民用（1.GHz至1.GHz）和全球导航卫星*(GLONASS)L1（1.GHz至1.GHz）频段。在这两种频段下，需要9kHz的RBW和5kHz的最大步长，从而在仅使用*G*的情况下检测出相应的NB发射。C*PR的天线*使用额定输出阻抗为Ω的线性极化电场天线进行测量。表6和图8显示了C*PR建议使用的天线，可提升不同实验室所提供结果的一致性。表6：根据C*PR，建议使用电场天线；双锥形天线和对数周期天线存在叠加频率，而Bilog天线覆盖了二种天线各自的频率范围。

图8：符合C*PR规范的测量天线对于低频测量，使用带地网的无源/有源拉杆单极天线。双锥形和对数周期偶极子阵列(LPDA)天线通常分别覆盖MHz至MHz和MHz至1GHz的频率范围。最后，双脊喇叭天线(DRHA)通常用于1GHz至2.5GHz。宽带Bilog天线的外型比双锥形或对数周期天线更大，有时用于覆盖MHz至1GHz的频率范围。使用ALSE进行辐射EMI测试图9、和所示为使用C*PRALSE方法（也称天线方法）的典型装置，针对表6中规定的频率范围进行辐射发射测量。EUT和电缆束放置在高出接地平面mm的非导体介电材料（相对介电常数εr较低，不高于1.4）之上。与接地平面前部平行的线束长度为1.5m，EUT与负载模拟器之间测试线束的总长度不超过2m。测试线束的长段平行于接地平面朝向天线的边缘，与边缘相距mm。接地平面的要求是最小宽度和长度分别为1m和2m，或者在整个设备下方加上mm，取其中的较大值。根据方程式2给定的近远场转换以及1m天线距离，在EUT的近场区域进行测量时，频率必须低于MHz。

图9：单极拉杆天线（kHz至MHz）的C*PR辐射发射测量装置

图：双锥形天线（MHz至MHz）或对数周期天线（MHz至1GHz）的C*PR辐射发射测量装置

图：喇叭天线（1GHz以上）的C*PR辐射发射测量装置喇叭天线与EUT对齐，其他天线则放置在线束中点。执行所有测量时，天线距离均为1米。频率范围为kHz至MHz的测量仅针对垂直天线极化执行。频率范围为MHz至2.5GHz的扫描同时针对水平极化和垂直极化执行。如前文所述，EMI*与AF结合所检测到的天线电压可在天线位置产生电场强度。请注意，*的AF可用于水平和垂直极化，因此可以使用相应的AF值对每个极化方向进行测量。辐射EMI预合规测试及结果图为LM-Q1汽车级同步降压转换器[9]辐射发射测试装置的照片。EUT由汽车电池供电，正负供电线路均连接线路阻抗稳定网络(L*N)。3.5A阻性负载下的输出为3.3V。开关频率为2.1MHz，高于许多汽车*所需的AM频带，同时启用了扩频调频(SSFM)。图至显示了使用各种测试天线通过C*PR类限值要求的测量结果。

图：C*PR预合规测量装置照片

图：辐射发射结果：kHz至MHz，拉杆天线，垂直极化

图：辐射发射结果：MHz至MHz，双锥形天线，水平和垂直极化

图：辐射发射结果：MHz至1GHz，对数周期天线，水平和垂直极化

图：辐射发射结果：1GHz至2.5GHz，喇叭天线，水平极化结论辐射发射影响电源转换器在高频条件的EMI特性[]。辐射测试的上限频率扩展到1GHz甚至更高（取决于规范），远高于传导发射。虽然不像传导发射测试那样简单直接，但辐射发射测量对于合规测试不可或缺，很容易成为产品开发过程中的瓶颈。对于汽车应用，由于长度原因，电缆束在低频条件下主要采用辐射结构。测得的辐射发射曲线主要来源于所连接电缆中的共模电流，由印刷电路板(PCB)与电缆之间的近场电耦合驱动。我将在本文的后续章节探讨辐射EMI减弱技术。本文家电维修技术