在著手應對電磁干擾（EMI）挑戰(zhàn)之前

需要掌握哪些關鍵知識？

有效排查 EMI 故障需要扎實的實踐經驗。電磁兼容（EMC）領域并非所謂的“玄學領域”。有些問題可以借助相關書籍解決，而有些問題則需要對實際物理系統(tǒng)進行精細調試。掌握以下四個方面的背景知識，能最大限度地減少測試中的失誤，為用戶節(jié)省大量時間。這些知識包括：

電磁兼容（EMC）基礎知識（建議閱讀兩本相關著作）；

電氣噪聲的兩大主要部分：差模噪聲與共模噪聲的區(qū)分；

線路阻抗穩(wěn)定網絡（LISN）是什么及其在 EMI 測量中的重要性；

EMI濾波器設計。學術背景固然重要，但工業(yè)級專業(yè)培訓課程更有效。如果使用的開關頻率在常規(guī)范圍內（如 50kHz 至 200kHz），設計 EMI 濾波器似乎很容易，然而，當開關頻率較高時（如Vicor 模塊可達 MHz 級），設計人員可能會面臨元器件的物理極限和其他復雜問題，這使得元器件選型的難度超過預期。

每個電源設計師遲早都會發(fā)現，在設計的最后階段，最可能導致返工的三大難題往往是：熱管理問題、安全相關問題或頑固的電磁干擾（EMI）問題。其中，EMI 問題最難預測，因為它像一個名副其實的“氣球”。如果我們試圖“壓制”一個頻段的發(fā)射頻譜，它就會在另一個頻段“鼓出”。因此，常常發(fā)生這樣的情況，當傳導發(fā)射達標時，輻射發(fā)射可能又超出限值，反之亦然。電源系統(tǒng)中的 EMI 整改極具挑戰(zhàn)性，部分原因在于大量雜散的寄生參數會發(fā)揮作用，它們相互影響、競相作用。因此，難以完全避免實驗室調試。電磁領域的規(guī)則就是：所有電氣設備需彼此友好共存，成為“好鄰居”——既不會對其他設備造成過多干擾，也不會對其他設備的干擾過于敏感。

傳導發(fā)射和輻射發(fā)射過高的主要危害是什么？

電磁兼容（EMC）可分為四個領域：傳導發(fā)射、輻射發(fā)射、傳導抗擾度和輻射抗擾度。

開關電源（SMPS）最容易出問題的就是前兩個領域：傳導發(fā)射和輻射發(fā)射。在這種情況下，EMI 過高的主要危害可概括如下：電磁干擾（EMI）、元器件應力、合規(guī)性問題、射頻干擾（RFI）、信號失真和效率降低?？刂苽鲗Ш洼椛?EMI 的主要目的是防止一個電氣系統(tǒng)的發(fā)射干擾第二個或第三個系統(tǒng)。對此，消費者最直觀的感受就是 EMI 干擾車載娛樂系統(tǒng)的無線電信號，導致音質變差或信號丟失。從操作方面看，過量的 EMI 可能降低車內所用數據信號的質量，甚至導致車輛無法讀取所有必要的數據，從而無法滿足排放和安全合規(guī)要求。

解決 EMI 問題的傳統(tǒng)方法及其各自的權衡取舍有哪些？

解決 EMI 問題的主要傳統(tǒng)方法及其各自的權衡取舍包括：輸入輸出濾波器、屏蔽、接地技術、緩沖電路、擴頻技術和軟開關。在這些方法中，確保良好的接地路徑以及功率級拓撲的選擇和控制至關重要。如果功率級采用硬開關，產生的高水平 EMI 和開關損耗會使得實現 MHz 級的高開關頻率變得極其困難，甚至幾乎不可能。此外，如果接地處理不當，設計人員在測試中僅靠濾波器無法有效解決 EMI 問題。因此，良好的布局設計往往比濾波器設計更為關鍵。這也解釋了為何部門間的緊密合作對整個開關電源（SMPS）的開發(fā)和量產至關重要。

在 EMI 深度檢測中，哪個元器件被視為被測設備（DUT）？

要準確理解這一點，首先要了解一下被測設備（DUT）。NBM9280是一款可貼片安裝、非穩(wěn)壓、非隔離、雙向、高效 DC-DC 轉換器，之所以選擇它，是因為其具有超高開關頻率及車規(guī)級認證。它的峰值效率達 99%，主要用于汽車行業(yè)中的 800V/400V DC-DC 轉換。它尺寸緊湊，僅為 92×80mm，卻能處理 30kW 的功率流。NBM 通常充當 DC-DC 快速充電樁（額定電壓為 400V，放置在汽車外部）和高壓電池（額定電壓為 800V，放置在汽車內部）之間的接口。除電流共享功能外，NBM 的主要優(yōu)勢之一是它允許任何 OEM 在不改造整個動力系統(tǒng)的情況下使用 800V 電池，從而顯著減少工作量和時間。

共模（CM）噪音如何影響被測設備（DUT）？

若以接地（GND）為參考測量 NBM 金屬外殼上的噪聲，會觀測到其方波形噪聲類似于 NBM 內部高壓快速開關節(jié)點的噪聲。這種噪聲相對固定，基本不受負載變化影響，也就是說，即使負載發(fā)生變化，諧波含量也基本保持不變。如果 NBM 金屬外殼與外部阻抗網絡（LISN）直接相連，可使用接地探頭檢測金屬外殼相對于接地面的諧波含量。如果將金屬外殼與接地路徑隔離，就可以有效抑制共模噪聲分量，從而減少傳導發(fā)射測試中的整體噪聲。

解決被測設備（DUT）共模（CM）噪聲的主要技巧是什么？

使用分布式旁路電容器有助于通過降低噪聲改善共模性能。實驗證明，在同樣的背景下，在高 dv/dt 區(qū)域附近分布式放置電容器能顯著降低共模噪聲。另一種方法（與前述方法相輔相成）是通過在電源線周圍使用鐵氧體磁環(huán)，使電線中的電流相互抵消，從而降低交流噪聲分量。這一方法可有效降低紋波，大幅削弱 EMI 頻譜強度。外部鐵氧體還有助于減少任何不平衡電流分布。

符合 CISPR 32 標準的濾波器拓撲有哪些？

主流濾波器拓撲有三種：L 型、π 型和 T 型。只要設計得當，任何一種拓撲均可將總體噪聲降低到限值以內。在我提到的案例中，我采用了 L 型拓撲，因為其在測試過程中實現起來更簡便且成本更低。

使用高工作頻率的優(yōu)缺點是什么？

在功率相同的情況下，高頻率是小元器件的代名詞。因此，重量輕和體積小無疑是一個優(yōu)勢。但另一方面，開關損耗往往會隨著頻率的增加而增加。良好的設計策略是選擇高頻率并采用諧振拓撲。諧振拓撲是先進的開關電源（SMPS）設計，可在任何頻率下消除開關損耗，實現超高的效率。

本次研究的主要經驗教訓是什么？

就本次案例研究而言，主要經驗教訓如下：

該被測設備的奇次諧波幅值與負載無關，但偶次諧波幅值會隨負載增加而增大。

將NBM9280的金屬外殼與接地隔離開，可改善 EMI 傳導發(fā)射結果。通過實施 π 型濾波器可有效抑制二次諧波分量的增加。

要滿足更嚴苛的 CISPR 25 Class 4 & 5 標準，仍需對一次諧波進行更多衰減。一種可能的解決方案是在 HI/PGND 上使用不同規(guī)格的鐵氧體磁環(huán)，以進一步衰減一次諧波，或者考慮采用雙級濾波器。

使用高開關頻率可以實現非常緊湊的濾波器尺寸。