如何降低共模扼流圈的尺寸？可以选择有源EMI滤波器IC

电源是一切电子器件运行的基础，在德州仪器（TI）看来，电源管理的主要发展方向是提高功率密度、延长电池寿命、减少电磁干扰、保持电源和信号完整性，以及高电压下的安全性等方面。为了解决这些难题，TI主要围绕低静态电流、低EMI、功率密度、低噪声和高精度以及隔离，这五大技术方向努力。

日前，TI推出了独立式有源电磁干扰 (EMI) 滤波器集成电路TPSF12C1/3系列，正是TI在减少EMI方面所做的创新。

共模扼流圈影响电源尺寸

EMI全称为Electro Magnetic Interference，指系统对外的干扰，EMI通常需要加以限制，以确保电子设备不要对其他造成干扰与损坏，从而影响系统正常工作。

噪声主要包括了共模与差模两类。其中，对于接入电网（AC）的电气设备而言，干扰多以共模干扰为主，共模干扰本身一般不会对设备产生危害，但是如果共模干扰转变为差模干扰，干扰就严重了，因为有用信号都是差模信号。

为了有效降低共模干扰，需要采用LC滤波器。对于共模EMI滤波器而言，Y电容会产生漏电流，漏电流需要满足安规要求，不能太大（典型的X电容值是μF级，而Y电容是nF级），因此这就需要更大的电感（共模扼流圈）。更大的扼流圈意味着体积大、重量重、效率低且价格昂贵。

选择有源滤波器IC降低EMI

如何降低共模扼流圈的尺寸呢？其中一个办法是选择有源滤波器（AEF）。“有源滤波器和降噪耳机有异曲同工之处。”TI产品线经理 Roja de Cande说道。

TI的独立式有源EMI滤波器IC的工作原理为，先检测共模噪声，然后通过内部运放输出反向并放大的信号，然后将其注入到线路中，相当于放大了Y电容的等效电容，从而抵消原有的共模噪声。Roja de Cande表示：“这既能够有效减小漏电流，同时也能够放大 100kHz 至 3MHz 的等效 Y 电容，进一步降低整个共模电感的感量，从而降低方案的体积和重量。”

有源EMI滤波器工作原理

如对比图所示，采用有源滤波器之后，共模扼流圈从两个12mH的缩小至1nH和4nH。

根据TI给出的资料对比，无论是尺寸、体积、成本、功率损耗还是面积都可以缩小近一半，并显著增加系统的可靠性。

目前，TI 的有源滤波产品共有四款，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，均内置了补偿，对共模干扰有明显改善，可在单相和三相交流电源系统中检测和消除高达 30dB 的共模 EMI（频率范围为 100kHz 至 3MHz）。无论是在原始EMI设计中增加TI的有源EMI芯片，还是在新设计中采用，都可以显著改善EMI表现。

电源系统的EMI设计都颇具挑战，主要原因在于只有把产品做出来，才能测出EMI值，如果不合规，还需要不停整改。Roja de Cande强调，TI针对有源EMI滤波器提供了多种设计及仿真工具，工程师可以提前设计并预估EMI，从而简化整个流程。

更多降低EMI的创新

TI将改善EMI作为其电源管理技术发展的一个重要方向，因此不只是有源EMI滤波器，还开发了多项提高EMI能力的技术及产品。“在现有的系统设计中，客户对于高效率、更好的热表现往往会有很高的要求。电源都在越做越小，其中一个关键技术就是把开关频率越推越高，这样可以大大减小磁性元件和输出电容，但是在推高开关频率之后，EMI 就会变成翘翘板的另外一端，它就会被抬高。”Roja de Cande说道。因此改善EMI的技术及产品是电源高性能、高功率密度的关键之一。

实际上，TI此前就开发了有源EMI滤波器，并将其集成至DC/DC中实现差模滤波。客户对共模滤波的要求更高，因此TI开发了此款有源EMI滤波器，以提高AC/DC产品的抗EMI能力。可广泛应用于包括车载充电器、企业级服务器、通信电源、工厂自动化、楼宇自动化以及航空航天等所有需要EMI抑制的场景中。

除了有源EMI滤波技术之外外，TI降低EMI的方法还包括双随机扩频技术、集成旁路电容、集成变压器、改善封装、压摆率控制等多项创新，并均已成功商用。

谈及未来的产品规划，Roja de Cande透露有源EMI滤波器还将不断拓展至包括共模、差模的DC/AC产品以及DC/DC的共模产品等。