高频下电源转换器辐射电磁干扰-竟业电子

   时间:2025/4/7      阅读:236   关键词:电源转换器

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系统相关。
辐射EMI的问题通常更具挑战性,复杂度更高,在系统主板使用多个 DC/DC 功率级时尤为如此。

 

近场耦合
下图是噪声源与受干扰电路之间基本EMI耦合模式

高频下电源转换器辐射电磁干扰

1.电感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)。
2.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。
这两种近场耦合,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。

 

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 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。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,下图平面波,它代表辐射EMI 的主要基准,受到各种辐射标准的约束。

高频下电源转换器辐射电磁干扰
 

电磁平面波传播
波阻抗=电场强度和磁场强度之比
远场区域中的EH分量同相,因此远场阻抗呈阻性,值用麦克斯韦方程的平面波解决方案计算:

高频下电源转换器辐射电磁干扰

如果λ是波长,F 是所需频率,近场和远场区域之间边界:

高频下电源转换器辐射电磁干扰

此边界精确的并不是标准的,仅用于指示一般性过渡区域图中描述为 l/16 3l,从复杂的分布形态演变为平面波。

高频下电源转换器辐射电磁干扰

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。

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