描述

現(xiàn)今的電氣系統(tǒng)都會(huì)涉及大量的開關(guān)電源，因此電磁干擾分析（EMI）也變得越來越重要。開關(guān)電源將輸入的原始功率調(diào)節(jié)為系統(tǒng)所需的形式，很多時(shí)候，電壓和電流會(huì)發(fā)生切換，從而導(dǎo)致電磁干擾 (EMI)的發(fā)生。因此，為確保系統(tǒng)不會(huì)污染電源，需要執(zhí)行EMI分析以檢查噪聲水平是否低于允許的限制。

EMI有兩種形式：

*傳導(dǎo)干擾 (CE102)
*輻射干擾 (RE)

傳導(dǎo)干擾可以在 SaberRD 中的虛擬測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試。傳導(dǎo)發(fā)射的允許限值由FCC和 CISPR22 標(biāo)準(zhǔn)描述。因此，需要針對(duì)所需的負(fù)載條件對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，在電源連接到電源的位置測(cè)量波形。應(yīng)用 FFT 計(jì)算來確定不同頻率下的信號(hào)電平。最后將結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較，以檢查噪音水平是否低于或高于指定標(biāo)準(zhǔn)。如果噪音水平超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制，這有助于進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)更改。

測(cè)試設(shè)備的傳導(dǎo) EMI 時(shí)，需要在電源和設(shè)備輸入之間放置一個(gè) LISN（線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)）。這有助于限制來自電源的任何噪聲添加到設(shè)備產(chǎn)生的噪聲中。LISN 的兩個(gè)輸出用于測(cè)量噪聲水平。連接框圖如圖 1 所示。

圖1 傳導(dǎo)輻射的EMI測(cè)試框圖

在 SaberRD 中執(zhí)行 EMI 分析

EMI 分析涉及了解不同頻率的信號(hào)電平。這可以通過在 Saber 中獲取穩(wěn)態(tài)波形并執(zhí)行 FFT（快速傅立葉變換）來獲得。因此，可以對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行 FFT 計(jì)算和 EMI 分析，而無需對(duì)設(shè)計(jì)原理圖進(jìn)行大量更改。

FFT計(jì)算：

此選項(xiàng)在波形計(jì)算器中可用。完成所需的仿真后，繪制必須對(duì)其執(zhí)行FFT的信號(hào)?，F(xiàn)在，通過打開Waveform Calculator并單擊 Wave 按鈕來訪問 FFT 計(jì)算。這可以在圖 2 中看到。

圖2 用于FFT計(jì)算的波形計(jì)算器

在選擇該選項(xiàng)之前，需要在計(jì)算器中添加波形。對(duì)該信號(hào)執(zhí)行 FFT。圖 3 所示的窗口顯示了對(duì)信號(hào)執(zhí)行 FFT 的選項(xiàng)。

圖3 FFT計(jì)算選項(xiàng)

為了獲得正確的結(jié)果，可以指定諸如時(shí)間開始和時(shí)間停止之類的選項(xiàng)來選擇波形的穩(wěn)態(tài)部分。其他選項(xiàng)，例如顯示的點(diǎn)數(shù)、時(shí)間增量波形視圖和窗口功能，取決于被分析的電路類型和所需的輸出分辨率。有關(guān)這些選項(xiàng)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參見SaberRD在線文檔。

選擇所需選項(xiàng)后，單擊“確定”，該函數(shù)將出現(xiàn)在計(jì)算器中。要繪制 FFT 波形，請(qǐng)單擊波形計(jì)算器上的圖形按鈕（文件菜單下方的按鈕，如圖 2 所示）。這是在頻譜分析儀中看到的波形。該圖可以靈活地縮放 x 軸和 y 軸。此外，可以調(diào)整多個(gè)選項(xiàng)，例如單位、比例（線性/日志）、網(wǎng)格等，以直觀的格式查看結(jié)果。參考波形可以繪制在同一圖表中，以便可以在參考波形（例如 FCC 和 CISPR 22 標(biāo)準(zhǔn)極限波形）和設(shè)計(jì)結(jié)果之間進(jìn)行比較。

這個(gè)過程可以通過使用實(shí)驗(yàn)分析器和目標(biāo)編碼來自動(dòng)化。這極大地簡(jiǎn)化了過程，從而提高了生產(chǎn)率。

示范：

為了演示 FFT 的計(jì)算并因此了解傳導(dǎo)發(fā)射的 EMI 性能，設(shè)計(jì)了一個(gè)開關(guān)電源。進(jìn)行了類似于圖 1 所示設(shè)置的設(shè)置，完成了正常操作的仿真，執(zhí)行了所需的計(jì)算，并根據(jù) FCC 和 CISPR 22 標(biāo)準(zhǔn)繪制了顯示由開關(guān)電源注入的噪聲的波形。創(chuàng)建并包含在設(shè)計(jì)中的自動(dòng)化流程（實(shí)驗(yàn)）。這是在實(shí)驗(yàn)分析器工具中完成的，實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)文件中可用 fft_analysis.ai_expt。

該演示包括測(cè)試使用和不使用輸入噪聲濾波器的設(shè)計(jì)。測(cè)量共模噪聲并執(zhí)行 FFT 計(jì)算以顯示添加輸入共模噪聲濾波器的有效性。執(zhí)行以下步驟在 SaberRD 中測(cè)量共模噪聲。

1、下載示例并解壓縮到本地文件夾。

2、啟動(dòng)SaberRD打開設(shè)計(jì)Flyback_emi.ai_dsn。該設(shè)計(jì)顯示了與圖1等效的模塊，可以看出 LISN 的輸出（lisn1和lisn2）連接到差模和共模噪聲測(cè)量模塊。仿真后看到的圖形是 cm_uv 節(jié)點(diǎn)的共模噪聲測(cè)量圖。

3、轉(zhuǎn)到Simulate選項(xiàng)卡并從分析下拉列表中選擇Experiment。從右側(cè)實(shí)驗(yàn)列表中選擇 fft_analysis。單擊“開始”按鈕。

4、仿真完成后，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)圖，分別代表帶有和不帶有輸入濾波器的噪聲波形。

5、要了解仿真過程是如何自動(dòng)化的，請(qǐng)從SaberRD GUI 右側(cè)的實(shí)驗(yàn)工具中打開實(shí)驗(yàn) fft_analysis。

6、在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)會(huì)執(zhí)行一個(gè)目標(biāo)腳本。這是為了自動(dòng)化獲取信號(hào)的過程，對(duì)其執(zhí)行 fft 并繪制產(chǎn)生的噪聲波形。

7、通過在文本編輯器中從解壓縮的設(shè)計(jì)文件中打開 fft_calc.aim 文件來查看目標(biāo)代碼。這樣就可以以所需格式顯示所需結(jié)果，而無需每次都執(zhí)行手動(dòng)任務(wù)。

評(píng)估結(jié)果：

成功執(zhí)行實(shí)驗(yàn)后，將顯示圖 4 和圖 5 中所示的兩個(gè)圖形。這些圖與在硬件原型上的頻譜分析儀上獲得的波形明顯相似。

圖4 無濾波器情況下輸入端測(cè)得的噪聲

如圖 4 所示，注入交流源的噪聲遠(yuǎn)高于FCC 和 CISPR 限制波形。這清楚地表明需要引入過濾。這有助于在進(jìn)入硬件階段之前識(shí)別設(shè)計(jì)問題，并有助于減少設(shè)計(jì)更改所需的時(shí)間。

圖5 用輸入濾波器測(cè)量的噪聲

從圖5中可以看出，添加輸入共模濾波器后，噪聲水平得到了更大程度的降低，波形完全在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。因此，設(shè)計(jì)修正有助于使設(shè)計(jì)符合FCC和CISPR標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論：

據(jù)了解，SaberRD可用于在設(shè)計(jì)階段本身對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射進(jìn)行 EMI 分析?？梢暂p松配置 FFT 計(jì)算以獲得所需的噪聲波形。自動(dòng)分析程序有助于減少執(zhí)行繪圖、應(yīng)用測(cè)量和調(diào)整軸設(shè)置等重復(fù)任務(wù)所需的時(shí)間。設(shè)計(jì)經(jīng)過測(cè)試以滿足 FCC 和 CISPR 標(biāo)準(zhǔn)，并且還測(cè)試了必要的設(shè)計(jì)更改。遵守 EMI 標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制性的，SaberRD展示了一種通過仿真測(cè)試設(shè)計(jì)滿足此類要求的簡(jiǎn)單而高效的方法。