TI獨立式有源EMI濾波器IC，推動汽車OBC創(chuàng)新發(fā)展

（魏德齡/文）充電體驗越來越被看作是產(chǎn)品的一個重要指標，對于身處手機時代的很多人來說，出門帶個充電頭絕對不是一件新鮮的事。充電體驗的重要性對于新能源汽車而言同樣如此，日常使用中用戶可能并不方便經(jīng)常通過充電樁來充電，OBC（車載充電器）的功率表現(xiàn)則決定了實際充電速度，同時也影響了新能源汽車的整體充電體驗。

“在OBC設(shè)計中，客戶的EMI濾波器往往會使用兩級的共模濾波，并且共模感量比較大，從而才能有效抑制共模干擾。在使用了TI的濾波器之后，進一步減小了共模電感的感量，同時實現(xiàn)更小的體積、更小的尺寸和更小的發(fā)熱。”德州儀器 (TI) 產(chǎn)品線經(jīng)理Roja de Cande在介紹TI獨立式有源EMI濾波器IC的應(yīng)用案例時表示。

近期，德州儀器宣布推出了獨立式有源EMI濾波器IC，能夠幫助工程師實施更小、更輕量的 EMI 濾波器，從而以更低的系統(tǒng)成本增強系統(tǒng)功能，同時滿足 EMI 監(jiān)管標準。 除了能應(yīng)用在汽車OBC上外，對于服務(wù)器、通信電源、航空航天、工業(yè)等領(lǐng)域所面對的電氣系統(tǒng)愈發(fā)密集，對電源及功率要求越來越高的現(xiàn)狀，都能提供更優(yōu)的解決方案。

上述領(lǐng)域中決定電源外形尺寸的一個關(guān)鍵因素在于減少EMI濾波器元件的體積。鑒于接觸電流安全要求，用于上述和其他高密度應(yīng)用的共模 (CM) 濾波器通常會限制總 Y 電容大小，因此需要大尺寸共模扼流圈來實現(xiàn)目標轉(zhuǎn)角頻率或濾波器衰減特性。這導致了無源濾波器在權(quán)衡后采用笨重且昂貴的共模扼流圈設(shè)計，尺寸相當于整個濾波器大小。隨著無源器件逐漸跟不上高速功率半導體器件以及電路拓撲的發(fā)展，無源濾波器的體積是提高功率密度的限制因素之一。實際的濾波器會占用電源解決方案總體積的30%。

有源 EMI 濾波器電路可為新一代電源管理系統(tǒng)實現(xiàn)更緊湊的濾波器解決方案?？臻g受限型應(yīng)用可使用有源電源濾波器集成電路 (IC) 減小磁性元件的尺寸和濾波器的總尺寸。濾波器（AEF）的其他優(yōu)勢包括：通過降低元件功率損耗來改善熱管理并提高可靠性、減少受限空間內(nèi)元件之間的耦合、簡化機械和封裝設(shè)計以及降低成本。

從上方對比圖來看，在使用濾波器（AEF）之后，整個共模線圈的體積和尺寸有了比較直觀的減小。沒有用 AEF 時，共模線圈的電感量在 4 mH，直徑為 70 mm；在使用AEF后，共模線圈直徑只有 50 mm，同時感量到了 0.9 mH的級別。AEF 使工程師能夠?qū)⒐材６罅魅Φ碾姼兄到档投噙_ 80%。與純無源濾波器解決方案相比，該功能使設(shè)計人員能夠?qū)⒍罅魅Φ某叽鐪p小 50%。而解決方案尺寸減小后，整體成本和重量也會減小。 同時，當減小共模電感的尺寸和感量之后，實際上等效電阻就變小了，發(fā)熱量將比原來減少，進而有助于提高整個系統(tǒng)可靠性。

“重量和成本這兩個因素對客戶的系統(tǒng)設(shè)計至關(guān)重要，重量和成本的減小可以方便整個電源產(chǎn)品后端去做一些優(yōu)化，使得整個系統(tǒng)的體積和構(gòu)造能夠更為靈活和緊湊。 ”Roja de Cande表示。

Roja de Cande形象地將EMI濾波器IC的工作原理比喻為主動式降噪耳機，先通過三相電容去檢測整個線上的噪聲，到運放里把差模分量抵消掉，把共模的分量疊加出來，這相當于檢測到了所有共模噪聲的分量，然后通過內(nèi)部運放去把它反向和放大，最后以一個反向電流的形式注入到輸入線上，從而去抵消原有的共模噪聲。

從上圖中可以看出，濾波器在低頻率范圍（100kHz 至 3MHz）內(nèi)提供高達 30dB 的共模噪聲衰減，因此，使用兩個 2mH 納米晶扼流圈的濾波器可實現(xiàn)與使用兩個 12mH 扼流圈的無源濾波器設(shè)計相同的共模衰減性能。

新的有源 EMI 濾波器 IC 系列包括針對單相和三相商業(yè)應(yīng)用的 TPSF12C1 和 TPSF12C3，以及面向汽車應(yīng)用的 TPSF12C1-Q1 和 TPSF12C3-Q1。這些器件可有效降低電源 EMI 濾波器中產(chǎn)生的熱量，從而延長濾波電容器的使用壽命并提高系統(tǒng)可靠性。新的有源EMI濾波器IC包括傳感、濾波、增益、注入階段。該 IC 采用 SOT-23 14 引腳封裝，并集成了補償和保護電路，從而進一步降低實施的復雜性并減少外部組件的數(shù)量。

德州儀器通過功率密度和低 EMI 設(shè)計的持續(xù)突破性創(chuàng)新推動電源發(fā)展。 低 EMI 電源創(chuàng)新正在幫助工程師縮減濾波器尺寸和成本，同時顯著提高設(shè)計的性能、可靠性和功率密度，最終為多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更優(yōu)體驗提供契機。

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