DC / DC控制器包括开关噪声的主动滤波

文章作者:Bill Schweber

电磁干扰(EMI)是一个持续存在的问题，由开关拓扑功率设备产生的噪声，即使是低功率的。噪声不仅会影响其直接的电路负载，而且传导和辐射的电磁干扰会破坏附近的电路;如果涉及低级传感器，这两种情况都特别严重。

各种监管机构有许多标准，可定义在定义条件下测量的EMI的最大允许限制。最常见的监管规范是用于汽车应用和多媒体设备的CISPR 32的CISPR 25，尽管有其他设备（CISPR为“ComitéInternationalSpécialdevercurzationsLeartRiques”）。

不足为奇的是，没有一种单一的“最佳”技术来最小化电磁干扰，并将其保持在法规限制和负载所能承受的范围内。解决方案通常是噪声频率和需要多少衰减的函数，通常需要两种或两种以上方法的组合。其中一些降噪技术是由开关设计本身引起的(图1)。

图1没有单一，简单的解决方案来抑制导电和辐射的噪音;根据噪声频率和幅度需要一种或多种技术。来源：德州仪器

即便如此，通常仍然需要外部滤波，在无源滤波器拓扑中通常由电阻、电感和电容(RLC)组成。但是，这种滤波器的性能以及其大部分无源组件都有局限性。

标准无源滤波器之外的其他选项，例如“主动过滤”，德州仪器掺入它们LM25149同步降压DC / DC控制器。主动过滤有些类似于耳机中使用的主动噪声消除甚至一些汽车，其中向不需要的信号加入到信号加噪声中，导致相当良好的取消。然而，噪声是非电子的，必须通过麦克风捕获，这带来了许多复杂的问题。

相比之下，开关电源的电磁干扰已经是电子形式的，因此更容易捕获、逆转和取消。主动滤波是这样一种情况:你(或电路)对噪声的细节了解越多——除了噪声的大小、频率，也许还有概率分布的一般特征之外——就越容易制定方案来对抗它。

虽然这似乎是一个激发力和噪声情景，但它在信号理论的更广泛的主题下。使用H.L. Van Tread在他的经典方程密集型三卷教科书系列中分析的分类“检测，估计和调制理论，这是已知信号(这里是一个扁平的电压输出轨)和已知噪声(与已知频率跨度和一般特性相关的EMI噪声)的情况。因此，这是一种最适合成功解决的信号和噪声挑战类型。

在这种情况下，主动滤波的好处是主动滤波DC/DC解决方案的整体体积减少，主要是因为抵消电路只需要小得多的无源器，而不需要蛮力无源滤波器(图2)。德州仪器公司提供数据和图表来显示结果的过滤性能(参考文献2和3)。

图2虽然普通使用的无源滤波器（A）可以提供足够的降噪，但是有源滤波（B）具有较小的无源部件，导致占地面积大大降低。来源：德州仪器

请注意，短语活动过滤器和主动过滤之间存在困惑的可能性。工程师熟悉被动过滤器，因为他们的名字暗示，实现了RLC拓扑。对于许多人来说，仅仅提到过滤器 - 尤其是被动的过滤器 - 为Batterworth，Chebyshev，Bessel，Elliptical（Cauer），高斯和Sallen-Key带回了奥术方程和拓扑的回忆，但这是另一个故事。

相比之下，有源滤波器使用放大器(运放)来设置滤波器响应的增益和相位。与无源滤波器相比，有源滤波器提供了许多其他功能优势，例如高输入阻抗和低输出阻抗，从而在级间提供良好的隔离。这大大简化了多级级联以改善滤波器特性。然而，有源滤波器(名词)仍然只是一个前向信号路径滤波器，没有反向抵消路径。它与主动过滤(动词)不同。

您是否曾经使用过诸如主动过滤之类的高级方法?你对期望的信号和相关的噪声了解多少?结果是否如你所期望的那样好，还是“现实世界”的不完美影响了你的表现?

本文最初发布edn.。

比尔施韦尔是一款书面撰写三本教科书，数百个技术文章，意见专栏和产品特征的ee。

参考文献

1. “检测，估计和调制理论Harry L. Van Trees, Wiley。
2. “EMI简介：标准，原因和缓解技术,”德州仪器。
3. “如何使用集成的Active EMI滤波器降低EMI和收缩电源大小,”德州仪器。
4. “LM25149 DC / DC控制器数据表，“德州仪器

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