对有源和无源EMI滤波器的设计对比

工作中的低干扰信号(EMI)使用的设计工程师在进行设计时一般会面临两个考验：如何在减少设计干扰信号的同时，减小方案的体积。前无源滤波可以减少开关电源产生的传导性EMI，从而保证符合传导性EMI标准，但是这种方法可能与提高低EMI定制功率的需求相矛盾，特别是考虑到高开关速度对整个EMI信号的不利影响。这类无源滤波器通常体积巨大，可占电源方案总体积的30%。因此，在提高功率的同时，合理缩小EMI过滤器的体积仍然是系统设计者的首要求。

有源EMI过滤理论是一种较新的EMI过滤方法，可以削弱干扰信号，使工程师能够大大降低无源过滤器的尺寸，控制成本，提高EMI特性。本文将回顾搭载有源EMI过滤器功能的汽车同步降压控制器设计的结果，以显示有源EMI过滤器在EMI性能增加和空间节约方面的关键优势。

EMI过滤

无源滤波应用电感和电容器通过EMI电流获得阻抗失配，从而减少电路的传输和发送。相比之下，有源滤波可以感应输入总线的电压，产生相反的电流，可以直接抵抗开关级产生的EMI电流。

在此背景下，请查看图1中简化的无源和有源滤波器电路，其中iN和ZN显示了诺顿等效电路的电流源和阻抗，以区分DC/DC稳压器的差异。

图1.常规的无源滤波（a）和有源滤波（b）电路安装启用

图1b配有电压感应和电流清除装置。(VSCC)有源EMI过滤器应用计算放大器电路作为电容倍增器，而不是无源设计中的滤波电容器。(CF)。如图所示，用GOP显示有源滤波器的感应、引入和补偿阻抗应用较低的电容值和较小的元件规格来设计增益项。高效有源电容通过计算放大器电路增益并引入电容器(CINJ)设定。

图1包括合理过滤器截止频率的关系。高效的GOP可以降低有源定制的电感和电容值，截止频率等于无源设计。

优化过滤性能

图2对无源和有源EMI滤波器的设计进行了对比，基于传输EMI测试。这种设计应用峰值和均值检波器可以满足国际无线电干扰特别委员会的要求。(CISPR)255类标准。根据LM25149-Q1同步降压DC/DC控制器的功率等级，按照13.5V汽车电池输入给出图3所示，开启和禁用有源EMI滤波器电路后的结论。有源EMI过滤器的中低频变弱与未过滤或初始噪声信号相比并不显著。440kHz基频重量的峰值EMI水平降低了近50dB，这使得设计者能够更顺利地满足EMI的严格管理。输出5V和6A。开关频率为440kHz。

图2.比较无源滤波器方案（a）和在等效功率级工作条件下有源滤波器设计（b）

图3所示为启用和禁用有源EMI 滤波器电路时的结果。与未滤波或原始噪声信号相比，有源EMI 滤波器的中、低频减弱情况更不明显。440kHz 的基频分量的峰值EMI 水平降低了近50dB，这使设计人员能够更加轻松地符合EMI 的严格要求。

图2.比较有源EMI滤波器处于禁用（a）和启用（b）状态下的滤波性能

节省PCB空间

图4带来了无源和有源滤波器级印刷电路板(PCB)布局比较好，结果如图2所示。电感占用的空间从5mmx5mm缩小到4mmx4mm。另外，两个1210电容器被几个值稳定的小型0402设备所取代，适用于有源EMI过滤器的传感、引入和补偿。这种过滤解决方案的面积减少了近50%，而容积减少了75%以上。

图4.无源（a）和有源（b）滤波器设计的PCB布局尺寸比较

无源装置的优点

如前所述，与无源过滤器设计中的电感相比，有源EMI过滤器具有较低的过滤器电感值，可以减少占用空间，降低成本。此外，物理规格较小的电感一般具有生存绕阻电容较低、自谐振频率较高的绕阻几何结构，然后在CISPR25较高的传输工作频段中提高过滤特性：30MHz升至108MHz。

有些汽车设计必须串联两个输入电容器，以确保通过电池供电轨道连接后的无效保护稳定性。因此，有源电路可以节省额外的空间，因为小0402/0603电感和引入电容器的串联可以取代多个1210电容器。小型电容器可以简化设备的采购过程，因为这些设备可以随时购买，不受经销商的限制。

结语

我们密切关注EMI，特别是在汽车应用中使用电压感应和电流引入的有源滤波器来完成低EMI信号，从而降低占用空间和体积，降低解决方案的成本。有源EMI滤波器电路与同步降压控制器的集成，有利于处理中低EMI和高功率密度之间的直流/DC稳压器测量问题。