TI推出独立式有源 EMI 滤波器IC减小系统设计尺寸

如今电气化系统变得愈发密集且设备间的互联程度越来越高，例如在汽车领域，由于电动汽车的兴起和智能汽车的发展，需要大量的传感器、控制单元、电动驱动系统、充电设备等电子部件的支持来实现智能化、高效化和安全性；而在工业领域，现代工业设备需要高度集成和互联的电气系统，从而实现工业生产的自动化和智能化。包括在航空航天、HVAC等领域，电气系统的密集度和互联程度的提高也是必然趋势。在此背景下，电源管理在现代电子设备设计中尤为重要，但仍然需要面对诸多的挑战，包括低电磁干扰 (EMI)，需要尽可能地去减少系统组件的干扰，并简化工程师的设计；高功率密度，对于电源设计而言，提高整个电源的效率以及热管理，进一步提高开关频率，便可，以更小的电感和电容实现整个占板面积的减小和功率密度的提高；除此之外低 IQ、低噪声和高精度、有效隔离均是当下电源设计人员所面临的挑战。以上所提，缓解 EMI 成为工程师的一项关键系统设计考虑因素，工程师需要考虑到 EMI 对整个系统性能和可靠性的影响。为此，德州仪器推出了一种业内先进的独立式有源 EMI 滤波器 IC，可以帮助工程师应对这些挑战。

德州仪器产品线经理Roja de Cande、降压变换器系统应用和市场经理Daniel Li在发布会上对该产品做的详细的解读。

TI表示，与传统的纯无源滤波器解决方案相比，TI的独立式有源 EMI 滤波器 IC 显著缩减系统尺寸、重量和成本并提高可靠性,降低共模发射以满足严格的 EMI 标准，这对于一些特殊应用场合（比如车载充电器）十分有利。经了解，使用独立式有源 EMI 滤波器 IC，设计人员可以将扼流圈的尺寸减小50%。

独立式有源 EMI 滤波器 IC 缩小共模滤波器尺寸

白皮书《有源 EMI 电源滤波器 IC 如何在单相和三相系统中降低共模发射并节省 PCB 空间》提到，功率密度是汽车车载充电器和服务器电源等高度受限系统环境中的主要指标。鉴于接触电流安全要求，用于高密度应用的共模 (CM) 滤波器通常会限制总 Y 电容大小，因此需要大尺寸共模扼流圈来实现目标转角频率或滤波器衰减特性。这导致了权衡后的无源滤波器设计采用笨重且昂贵的共模扼流圈，尺寸相当于整个滤波器大小，从而限制了功率密度的提高。而有源 EMI 滤波器 (AEF) 电路可实现紧凑的滤波器解决方案，并通过降低元件功率损耗来改善热管理并提高可靠性、减少受限空间内元件之间的耦合、简化机械和封装设计以及降低成本。

另外，Roja de Cande解释说，在这些设计中，往往只有把产品做出来了，才能知道 EMI大小，因此需要不停整改。而使用了TI有源 EMI 滤波器 (AEF) 产品之后，可以提前或者进一步在原有设计中降低 EMI 干扰，从而帮助客户简化整个 EMI 设计。TI 还提供了各种仿真工具，可以帮助工程师学会如何设计 AEF，达到提前设计、提前预估判断，从而节省整个产品的 EMI 调试时间，帮助产品更好地推广到市场。

上图可见，采用了 AEF 之后，整个共模线圈的体积和尺寸有了比较直观的减小。尺寸由传统方案的 70 mm直径缩小到50 mm，而电感量由4 mH减少为0.9 mH。如此看来，AEF的使用能够将共模扼流圈的电感值降低高达 80%，尺寸减小 50%。从而减少整体成本和重量。Daniel补充到，事实上当减小共模电感的尺寸和感量之后，使得等效电阻相应变小，发热量将比原来减少。也有助于提高整个系统的可靠性。

上方为实际电路设计中的对比，可以见得，左侧的无源滤波器方案中采用两个12mH的共模线圈，而右侧AEF方案，仅使用了一个 1 mH共模线圈，另一个共模线圈靠近整个功率端为 4 mH。无论从尺寸、重量上，AEF 都大大优化了整个系统的表现。

TI 的 AEF 产品包括针对单相和三相商业应用的 TPSF12C1 和 TPSF12C3，以及面向汽车应用的 TPSF12C1-Q1 和 TPSF12C3-Q1，AEF IC 位于共模扼流圈之间，为共模电流提供了具有较低阻抗的分流路径。有源电路可以调节注入电容器的频率响应，即通过实际增加容值来实现高频率。继而，在目标频率范围内用于降低 EMI 而增加的注入电容会降低共模扼流圈电感，使其低于具有类似衰减作用的无源滤波器的电感值。

在典型的OBC 设计中，客户的EMI滤波器往往会使用两级的共模滤波，现实有效的抑制共模干扰所需的电感量就要足够大。使用了AEF 之后，在100kHz到3MHz的区间内等效放大了 Y 电容，通过这种技术上的提高，进一步减小了共模电感的感量，同时实现更小的体积、更小的尺寸和更小的发热。TI 的 TPSF12C1/-Q1 和 TPSF12C3/-Q1 设计用于在单相和三相交流/直流电源系统中检测 ，采用AEF 在低频率范围（100kHz 至 3MHz）内提供高达 30dB 的共模噪声衰减，4.2mm x 2mm SOT-23 14 引脚封装。

另外，TI的有源 EMI 滤波器 IC 满足 IEC 61000-4-5 浪涌 抗扰度要求，从而更大限度地减少了对瞬态电压抑制 (TVS) 二极管等外部保护元件的需求。

TPSF12C1QEVM 和 TPSF12C3QEVM 评估模块同时可在 TI.com.cn 上订购。

总结，使用 AEF 的电路优势如下：

※ 具有简化的滤波器结构、宽工作频率范围以及高稳定性裕度（使用共模 AEF 快速入门计算器工具进行计算）。

※ 具有更小的共模扼流圈尺寸，体积更小、重量更轻、成本更低。此外，还能减少扼流圈自寄生效应，从而更大程度降低铜损并实现更出色的高频衰减性能。

※ 无需额外的磁性元件。AEF 电路仅使用检测和注入 Y 电容器，在故障状况期间对峰值接触电流没有影响。

※ 使用以机箱地为基准的低压 AEF IC 可增强安全性。

※ 独立式 IC 实现可靠近滤波器元件灵活放置。

※ 线电压浪涌抗扰度有助于满足国际电工委员会 61000-4-5 标准。