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通過(guò)阻抗平衡降低電源中的 CM 噪聲
通過(guò)阻抗平衡降低電源中的 CM 噪聲
在緊湊空間中運行的簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)穩壓器電路（例如在小型 PCB 上）通?？梢圆渴鹪卩须s的環(huán)境中，而不會(huì )在輸出功率電平上疊加明顯的噪聲。只要您正確布置電路板，您可能只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的濾波器電路來(lái)消除輸入和輸出上的 EMI。隨著(zhù)穩壓器在物理上和電氣上變得更大，噪聲問(wèn)題會(huì )變得更加明顯，即 PCB 布局中的輻射 EMI 和傳導 EMI。
共模傳導電流是具有多個(gè)接地的 DC-DC 轉換器中的一個(gè)典型問(wèn)題，它是由電容耦合引起的。標準方法是對輸出使用濾波，例如使用共模扼流圈，以處理到達輸出節點(diǎn)的傳導共節點(diǎn)噪聲。但是，這并不能抑制共模電流環(huán)路中存在的輻射 EMI，因此您只能選擇屏蔽。如果您可以在不需要屏蔽的情況下抑制這兩種類(lèi)型的噪聲會(huì )怎樣？
在這些類(lèi)型的開(kāi)關(guān)轉換器中，您可以使用阻抗平衡方法來(lái)抑制電源輸出節點(diǎn)處的共模噪聲。這遵循一個(gè)簡(jiǎn)單的想法，其中系統接地用作定義電源輸出節點(diǎn)阻抗的全局參考。讓我們看看它是如何工作的，以及您應該在設計中通過(guò)仿真研究什么。
什么是阻抗平衡？
阻抗平衡使用 3 導體配置（2 個(gè)信號，1 個(gè) GND）通過(guò)放大器收集差分電壓測量值。該技術(shù)用于 XLR 音頻電纜，以確保差分接收器可以完全消除可能通過(guò)電纜傳導的共模噪聲。盡管這是在傳感器而不是音頻或電源的背景下完成的。
中心思想是將兩條信號線(xiàn)的阻抗設置為相等，這將確保電纜的每個(gè)單端側在接收器處看到相同的輸入阻抗，并在差分接收器處確保共模噪聲抑制。
阻抗平衡不需要 V1 = -V2。
仔細想想，這個(gè)系統中信號線(xiàn)和地的排列與PCB上的差分對沒(méi)有什么不同。在差分對中，每條走線(xiàn)的單端阻抗都定義為相對于差分對的參考平面（在本例中為接地平面）。阻抗平衡和差分信號之間的唯一區別是，在阻抗平衡互連中，我們不需要為 V1 和 V2 提供相等和相反的信號；它們理論上可以是任何值。然后接收器測量每對相對于參考平面的電壓。
開(kāi)關(guān)轉換器中的阻抗平衡
開(kāi)關(guān)轉換器中的共模噪聲是由于電容耦合回最近的參考平面而產(chǎn)生的，該參考平面通常是機箱 GND，或者它可能是另一個(gè)大導體，它是系統 GND 或外殼屏蔽的一部分。在提供高電流的物理大電源布局中，這可能是非常有問(wèn)題的。寄生電容 Cp（見(jiàn)下文）可能非常大，在開(kāi)關(guān)轉換器電路中的高 dI/dt 開(kāi)關(guān)事件期間提供非常低的阻抗。
從電源輸出節點(diǎn)返回輸入節點(diǎn)的共模電流路徑。
從這里，我們可以看到紫色箭頭描繪了一個(gè)大電流回路。即使我們使用共模扼流圈去除負載處的傳導電流，共模電流回路也會(huì )產(chǎn)生強烈的輻射。這也可能發(fā)生在使用帶有變壓器的電流隔離的開(kāi)關(guān)轉換器拓撲中，例如LLC 諧振轉換器。
以下升壓轉換器電路中的一種解決方案是在電感器周?chē)胖秒娙萜骰氐降妆P(pán)接地，但在 POS_OUT 和 NEG_OUT 端子之前。在這里，負電源軌在源 V1 處連接回系統接地，這可以促進(jìn)負電源軌和系統其余部分之間的共模噪聲路徑。電容器 C1/C2 和電感器 L2 的添加為共模噪聲流入 MOSFET 的路徑創(chuàng )建了一個(gè)橋接電路：
通過(guò)有意使用電容器將高軌和低軌回接地，您將在模擬橋式電路的布局中設置兩個(gè)反向傳播的電流。當以下阻抗條件成立時(shí)，產(chǎn)生的共模噪聲將被消除：
創(chuàng )建 PCB 布局后，應確保在 MOSFET 的高側和低側實(shí)現對稱(chēng)布線(xiàn)。這很重要，因為它會(huì )建立反向傳播的電流回路，從而產(chǎn)生反平行磁場(chǎng)。路由的任何不屬于共模噪聲消除的部分都將具有差模輻射發(fā)射，其明顯弱于共模電流的發(fā)射。
用寄生參數模擬阻抗平衡
在上面的電路中，重要的是要記住所有組件都有一些寄生和自諧振，這意味著(zhù)上面的阻抗關(guān)系僅適用于特定頻率。如果您使用具有更高自諧振頻率的組件，您可以消除高達更高頻率的共模噪聲。請務(wù)必模擬此濾波器電路的傳遞函數，以查看此系統中噪聲抑制的限制。