TI独立式有源EMI滤波器IC，推动汽车OBC创新发展

（魏德龄/文）充电体验越来越被看作是产品的一个重要指标，对于身处手机时代的很多人来说，出门带个充电头绝对不是一件新鲜的事。充电体验的重要性对于新能源汽车而言同样如此，日常使用中用户可能并不方便经常通过充电桩来充电，OBC（车载充电器）的功率表现则决定了实际充电速度，同时也影响了新能源汽车的整体充电体验。

“在OBC设计中，客户的EMI滤波器往往会使用两级的共模滤波，并且共模感量比较大，从而才能有效抑制共模干扰。在使用了TI的滤波器之后，进一步减小了共模电感的感量，同时实现更小的体积、更小的尺寸和更小的发热。”德州仪器 (TI) 产品线经理Roja de Cande在介绍TI独立式有源EMI滤波器IC的应用案例时表示。

近期，德州仪器宣布推出了独立式有源EMI滤波器IC，能够帮助工程师实施更小、更轻量的 EMI 滤波器，从而以更低的系统成本增强系统功能，同时满足 EMI 监管标准。 除了能应用在汽车OBC上外，对于服务器、通信电源、航空航天、工业等领域所面对的电气系统愈发密集，对电源及功率要求越来越高的现状，都能提供更优的解决方案。

上述领域中决定电源外形尺寸的一个关键因素在于减少EMI滤波器元件的体积。鉴于接触电流安全要求，用于上述和其他高密度应用的共模 (CM) 滤波器通常会限制总 Y 电容大小，因此需要大尺寸共模扼流圈来实现目标转角频率或滤波器衰减特性。这导致了无源滤波器在权衡后采用笨重且昂贵的共模扼流圈设计，尺寸相当于整个滤波器大小。随着无源器件逐渐跟不上高速功率半导体器件以及电路拓扑的发展，无源滤波器的体积是提高功率密度的限制因素之一。实际的滤波器会占用电源解决方案总体积的30%。

有源 EMI 滤波器电路可为新一代电源管理系统实现更紧凑的滤波器解决方案。空间受限型应用可使用有源电源滤波器集成电路 (IC) 减小磁性元件的尺寸和滤波器的总尺寸。滤波器（AEF）的其他优势包括：通过降低元件功率损耗来改善热管理并提高可靠性、减少受限空间内元件之间的耦合、简化机械和封装设计以及降低成本。

从上方对比图来看，在使用滤波器（AEF）之后，整个共模线圈的体积和尺寸有了比较直观的减小。没有用 AEF 时，共模线圈的电感量在 4 mH，直径为 70 mm；在使用AEF后，共模线圈直径只有 50 mm，同时感量到了 0.9 mH的级别。AEF 使工程师能够将共模扼流圈的电感值降低多达 80%。与纯无源滤波器解决方案相比，该功能使设计人员能够将扼流圈的尺寸减小 50%。而解决方案尺寸减小后，整体成本和重量也会减小。 同时，当减小共模电感的尺寸和感量之后，实际上等效电阻就变小了，发热量将比原来减少，进而有助于提高整个系统可靠性。

“重量和成本这两个因素对客户的系统设计至关重要，重量和成本的减小可以方便整个电源产品后端去做一些优化，使得整个系统的体积和构造能够更为灵活和紧凑。 ”Roja de Cande表示。

Roja de Cande形象地将EMI滤波器IC的工作原理比喻为主动式降噪耳机，先通过三相电容去检测整个线上的噪声，到运放里把差模分量抵消掉，把共模的分量叠加出来，这相当于检测到了所有共模噪声的分量，然后通过内部运放去把它反向和放大，最后以一个反向电流的形式注入到输入线上，从而去抵消原有的共模噪声。

从上图中可以看出，滤波器在低频率范围（100kHz 至 3MHz）内提供高达 30dB 的共模噪声衰减，因此，使用两个 2mH 纳米晶扼流圈的滤波器可实现与使用两个 12mH 扼流圈的无源滤波器设计相同的共模衰减性能。

新的有源 EMI 滤波器 IC 系列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。这些器件可有效降低电源 EMI 滤波器中产生的热量，从而延长滤波电容器的使用寿命并提高系统可靠性。新的有源EMI滤波器IC包括传感、滤波、增益、注入阶段。该 IC 采用 SOT-23 14 引脚封装，并集成了补偿和保护电路，从而进一步降低实施的复杂性并减少外部组件的数量。

德州仪器通过功率密度和低 EMI 设计的持续突破性创新推动电源发展。 低 EMI 电源创新正在帮助工程师缩减滤波器尺寸和成本，同时显著提高设计的性能、可靠性和功率密度，最终为多领域实现更优体验提供契机。

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