ZHCAF07 February 2025 TPSI3100
TPSI31xx 系列产生的噪声
电磁干扰(EMI)是两个电子系统之间由于电磁辐射或电磁传导而产生的不良影响。EMI 是开关模式电源(SMPS)的应用引起的主要不利影响、例如 TPSI31xx 系列器件中集成的开关模式电源。TPSI3100 将隔离式偏置电源集成到 IC 中，无需任何外部磁性元件。
TPSI3100 利用电感隔离技术跨隔离栅传输功率，从而为两个外部电路以及内部驱动器和双隔离式比较器供电。TPSI3100 内部的开关转换器在 85Mhz 下工作，并使用 40kHz 突发窗口来调节输出端的电压。此操作有时可能会上拉至 40mA。
图 1 无滤波器时的噪声频谱TPSI3100 会产生两种类型的噪声：低于 2Mhz 的低频差模噪声和 85Mhz 的高频共模噪声。并非所有通过隔离栅传输的电流都通过变压器返回。杂散电流通过受到保护的接地端的电容耦合返回主侧。
噪声的类型
差分噪声是轨道上相对于地面的噪声。这种类型的噪声通常是由流经电路的断续电流引起的。差分噪声是一种典型噪声，大多数学校和大学均教授此类噪声。
图 2 差模噪声电路共模噪声同步发生在电源和接地端。噪声通过受保护的接地端或机箱接地返回到噪声源。具体而言，在 CISPR 25 测试环境中，铜表充当受保护的接地端。对于牵引逆变器之类的器件，外壳可以充当机箱接地。电流通过电容耦合流过受保护的接地端并返回到噪声源
图 3 共模噪声电路降噪
差模噪声可以通过增加电容器来降低。当 TPSI3100 进入突发模式时，TPSI3100 可上拉至 40mA。如果器件远离电源放置（例如在 CISPR 测试中），则需要足够低的阻抗和高容量的输入滤波器。
图 4 差模噪声滤波器当共模电流返回时，这些电流必须流经电源和接地电路。通过在噪声路径中加入大阻抗，我们可以减少电流，从而降低噪声功率；这可以通过使用一组铁氧体磁珠来实现。使用一组铁氧体磁珠，该配置具有降低高频差模噪声的额外优势。
图 5 共模噪声滤波器硬件设计
之前的原型设计和文档中使用了 1.1uF。虽然这已经满足了 CISPR 32 的要求，但仍无法满足 CISPR 25 5 类传导发射标准，哪怕在最低功率传输条件下也是如此。TPSI3100 使用 2 组 2.5K 阻抗铁氧体磁珠和 3 个陶瓷输入电容器（10uF、1uF、0.1uF），能够以最大功率传输满足 CISPR25 5类传导发射标准。这表明在整个频谱范围内，改进幅度至少为 15dBuV 或更高，如 图 6所示。
图 6 使用外部滤波器时的噪声频谱
图 7 已安装 EMI 滤波器