【導讀】功率密度是汽車車載充電器和服務器電源等高度受限係統環境中的主要指標。務必要減小電磁幹擾 (EMI) 濾波器元件的體積

，從而確保解決方案能夠滿足嚴苛的外形尺寸要求。

鑒於接觸電流安全要求

，用於上述和其他高密度應用的共模 (CM) 濾波器通常會限製總 Y 電dian容rong大da小xiao
，因yin此ci需xu要yao大da尺chi寸cun共gong模mo扼e流liu圈quan來lai實shi現xian目mu標biao轉zhuan角jiao頻pin率lv或huo濾lv波bo器qi衰shuai減jian特te性xing。這zhe導dao致zhi了le權quan衡heng後hou的de無wu源yuan濾lv波bo器qi設she計ji采cai用yong笨ben重zhong且qie昂ang貴gui的de共gong模mo扼e流liu圈quan，尺chi寸cun相xiang當dang於yu整zheng個ge濾lv波bo器qi大da小xiao。

隨(sui)著(zhe)無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)逐(zhu)漸(jian)跟(gen)不(bu)上(shang)高(gao)速(su)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)以(yi)及(ji)電(dian)路(lu)拓(tuo)撲(pu)的(de)發(fa)展(zhan)

，無(wu)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)體(ti)積(ji)是(shi)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)的(de)限(xian)製(zhi)因(yin)素(su)之(zhi)一(yi)。實(shi)際(ji)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)實(shi)現(xian)會(hui)占(zhan)用(yong)電(dian)源(yuan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)總(zong)體(ti)積(ji)的(de) 30%（如圖 1 所示）。

圖 1：3.3kW 圖騰柱功率因數校正參考設計中的傳統單相無源 EMI 濾波器

有源 EMI 濾波器 (AEF) 電路可為新一代電源管理係統實現更緊湊的濾波器解決方案。空間受限型應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。AEF 的其他優勢包括：通過降低元件功率損耗來改善熱管理並提高可靠性、減少受限空間內元件之間的耦合
、簡化機械和封裝設計以及降低成本。

圖 2 和圖 3 分別為單相和三相濾波器電路的原理圖，均采用有源解決方案代替傳統的無源設計。單相 TPSF12C1-Q1 和三相 TPSF12C3-Q1 AEF IC 位於共模扼流圈之間

，為共模電流提供了具有較低阻抗的分流路徑。如圖所示，有源解決方案中共模扼流圈 LCM1 和 LCM2 的電感比無源濾波器中共模扼流圈的電感低很多。

圖 2：單相無源 EMI 濾波器（頂部）和具有更低共模扼流圈電感的相應 AEF 電路（底部）

圖 3：三相無源 EMI 濾波器（頂部）和具有更低共模扼流圈電感的相應 AEF 電路（底部）

AEF

在交流線路中連接檢測和注入 Y 電(dian)容(rong)器(qi)後(hou)，該(gai)電(dian)路(lu)旨(zhi)在(zai)減(jian)小(xiao)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)總(zong)體(ti)積(ji)
，同(tong)時(shi)保(bao)持(chi)向(xiang)機(ji)箱(xiang)地(di)導(dao)入(ru)低(di)的(de)工(gong)頻(pin)漏(lou)電(dian)流(liu)。這(zhe)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)有(you)源(yuan)電(dian)路(lu)來(lai)實(shi)現(xian)，有(you)源(yuan)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)調(tiao)節(jie)注(zhu)入(ru)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)，即(ji)通(tong)過(guo)實(shi)際(ji)增(zeng)加(jia)容(rong)值(zhi)來(lai)實(shi)現(xian)高(gao)頻(pin)率(lv)。繼(ji)而(er)
，在(zai)目(mu)標(biao)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)用(yong)於(yu)降(jiang)低(di) EMI 而增加的注入電容會降低共模扼流圈電感，使其低於具有類似衰減作用的無源濾波器的電感值。

使用 AEF 的電路優勢如下：

●  具有簡化的濾波器結構
、寬工作頻率範圍以及高穩定性裕度（使用共模 AEF 快速入門計算器工具進行計算）。

●  具有更小的共模扼流圈尺寸，體積更小
、重量更輕、成本更低。此外

，還能減少扼流圈自寄生效應
，從而更大程度降低銅損並實現更出色的高頻衰減性能。

●  無需額外的磁性元件。AEF 電路僅使用檢測和注入 Y 電容器，在故障狀況期間對峰值接觸電流沒有影響。

●  使用以機箱地為基準的低壓 AEF IC 可增強安全性。

●  獨立式 IC 實現可靠近濾波器元件靈活放置。

●  線電壓浪湧抗擾度有助於滿足國際電工委員會 61000-4-5 標準。

圖 2 和圖 3 中放置於兩個共模扼流圈之間的 X dianrongqizaidianyuanxianzhijiantigongleyigedigongmozukanglujing，tongchangkedadaodizhaohezipinlv。zheyang，jinshiyongyigezhurudianrongqi，biankejiangdianliuzhurudaoyigendianyuanxian，tongchangshizhongxingxian。ruguosanxianglvboqishimeiyouzhongxingxiandesanxianxitong，zejiang TPSF12C3-Q1 的 SENSE4 引腳接地，並將注入電容器通過 X 電容器的星型連接進行耦合。

AEF 的實際實現

圖 4 展示了適用於圖 1 中轉換器的 AEF 實際實現方法。使用 TPSF12C1-Q1 單相 AEF IC 實現共模噪聲衰減。

圖 4：使用 AEF（額定電流為 10A）的單相濾波器評估板

圖 5 展示了禁用和啟用 AEF 時得到的 EMI 結果。

圖 5：禁用和啟用 AEF 時的 EN 55032 B 類 EMI 結果

從圖 5 中可以明顯看出
，AEF 在低頻率範圍（100kHz 至 3MHz）內提供高達 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與使用兩個 12mH 扼流圈的無源濾波器設計相同的共模衰減性能。為進行公平比較，這些扼流圈均來自同一元件係列（由 Würth Elektronik 製造）
，並使用類似的磁芯材料。表 1 彙總了無源和有源設計適用的共模扼流圈參數，圖 6 重點展示了體積、尺寸

、重量和成本節約值。

表 1：無源和有源濾波器解決方案的共模扼流圈參數

圖 6：通過使用 AEF 減小尺寸、體積、重量和成本 (a)；扼流圈大小比較 (b)

本例中的 AEF 在 10A 電流下可減少 60% 的總銅損（忽略繞組電阻隨溫度升高而增加），這可以降低元件工作溫度並提高可靠性。

結語

要為高密度開關穩壓器中的 EMI 濾lv波bo器qi級ji實shi現xian高gao效xiao緊jin湊cou的de設she計ji具ju有you挑tiao戰zhan性xing，對dui於yu優you先xian考kao慮lv解jie決jue方fang案an尺chi寸cun和he成cheng本ben的de汽qi車che和he工gong業ye應ying用yong來lai說shuo，尤you其qi如ru此ci。有you源yuan濾lv波bo器qi解jie決jue方fang案an可ke以yi抑yi製zhi測ce得de的de共gong模mo噪zao聲sheng，其qi實shi際ji效xiao果guo表biao明ming
，與yu同tong等deng的de純chun無wu源yuan濾lv波bo器qi設she計ji相xiang比bi
，有you源yuan濾lv波bo器qi解jie決jue方fang案an可ke以yi顯xian著zhu減jian小xiao共gong模mo扼e流liu圈quan元yuan件jian的de體ti積ji。

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