电磁干扰（EMI）问题一直是电源工程师难啃的硬骨头，有些时候，EMI处理起来需花费非常多时间，让很多电源工程师非常头疼。
近期，德州仪器 (TI)宣布推出业内先进独立式有源电磁干扰 (EMI) 滤波器集成电路 (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。
用AEF实现更紧凑、更高功率密度的方案
现如今，电源管理设计面临着五个主要挑战：
- 一是低电磁干扰 (EMI)：能够尽可能地去减少系统组件干扰，并简化工程师设计，TI帮助客户消除EMI包括外置EMI滤波器（AEF）和内置集成电容外加抖频两种方法；
- 二是功率密度：现在越来越多产品在往小型化发展，提高功率密度可以实现更多系统功能，从而降低成本和面积占比，在提高功率密度同时还要注意整个电源效率以及热管理，以进一步提高它开关频率，使得系统能够用到更高开关频率；
- 三是低IQ（静态电流）：对于电池应用，能够延长电池寿命，以及整个电池使用时间。比如在烟感器等应用中，低IQ能够大大延长产品使用寿命和使用周期；
- 四是低噪声和高精度：低噪声和高精度电源能够简化功率链，提升整个产品可靠性；
- 五是隔离：在高压和安全关键性应用中能够实现更高的工作电压和更好的可靠性，同时实现了以更小的方案实现隔离的需求。
其中EMI尤为重要。在现代生活中，电气系统变得愈发密集，包括汽车、企业级应用（包括服务器、通信电源等）、航空航天、工业以及 HVAC五个主要领域。随着整个电气系统变得愈发密集，对于电源的要求越来越高，电源功率也随之增大，使得这些应用中对EMI更敏感。
设计紧凑、高效的EMI输入滤波器是高密度开关稳压器面临的主要挑战之一，对于在汽车、企业、航空航天和其他高度受限系统环境中实现电气化的各优势至关重要。
抑制EMI有三种方法：一是从源头上消除，我们没有办法不用开关电源，因为开关电源有高效、体积小的优势，在开关电源的前端都会有滤波器（共模滤波器、差模滤波器）；二是把路径阻断掉，实际上阻断路径的方式就是用LC滤波；三是在使用LC 滤波时，AEF就能发挥放大电容的特点，从而降低磁性元件电感体积和大小。
AEF可以使得下一代电源转换实现更为紧凑的滤波器方案，帮助客户在前端的滤波器方案里进一步减少体积和尺寸，更大限度地提高性能、可靠性和功率密度，使未来电源设计更高效、更可靠，实现更高的功率密度。
AEF的工作原理是检测、反向、再注入，在这个过程中，注入的电容会比原来更大。在100kHz ~3MHz的频率范围内，Y电容或等效Y电容被放大了，它可以和共模电感线圈比较好地在比较低的频率去抑制共模干扰。因为电容被放大了，所以电感可以变得更小。利用等效放大Y电容技术，可以缩减系统尺寸。
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。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。
汽车里面的车载充电器 (On-Board Charger, OBC)或是企业里面的通信电源或服务器电源，运用AEF后，在功率提高的同时能够大大减少前端滤波器的体积和大小，特别是未来碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN)等宽禁带器件中会使用地越来越多。
现在无论是商业或者是住宅类环境，共模电感通常带有Y电容，Y电容对体漏电流有要求，为了满足漏电流要求，需要非常大的共模电感来实现共模噪声的抵消或者滤除。
利用有源滤波器来进一步优化整个解决方案，同时也可以降低前端共模电感的损耗，实现更好的热管理，简化整个系统的设计，从而降低系统成本。
举个例子来看，没有用AEF时，共模线圈的电感量为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0.9mH的级别。同时，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。
从实际的展示板来看，如下左图中微原有的无源滤波器的设计，有两个12 mH的较大的共模线圈。使用了AEF 之后（右图），可以非常直观地看到共模电感大大减小了，从原来的两个12 mH，缩减到了一个1 mH，另一个靠近整个功率端是 4 mH的扼流线圈。无论从体积、占板面积、重量还是成本上考虑，AEF都大大优化了整个系统的表现。
显著缩减尺寸、重量、成本的产品
事实上，TI最初的AEF产品是集成在器件中的，TI第一款包含AEF的产品是LM5149，它由AEF与DC/DC控制器构成。很多客户都对AEF 有独特兴趣，而在此后很多客户对共模的要求越来越高，所以TI将AE单独出来，作为一个 AC/DC的单独共模滤波器做设计，而不是和其他AC/DC电源产品集成在一起。
实际上，这是一种平衡，这个平衡取决于这个产品是要有更多的易用性或者更强的适用性，还是更强的集成性。需要平衡的是，要能够让更多的客户使用这个产品，还是把这个产品限制在某几个应用里，这就是TI开发独立式AEF产品所考虑的方向。
在工业上，这种滤波器设计并非新东西，但TI看到高频化、小型化已成为最近的趋势。AEF 是顺应行业趋势所带来的新产品。对音频用户来说，他们需要更好的音质和音频效果。对于电源工程师来说，则是需要实现更好的EMI效果，来改善小型化和高频化带来的EMI挑战。
从TI的AEF新产品上来看，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，这些产品均内置了补偿，对共模干扰有明显改善，可在单相和三相交流电源系统中检测和消除高达30dB的共模EMI（频率范围为100kHz至3MHz）。
这些产品包括五大主要优势：一，在100kHz~3MHz频率范围内，可以消除高达30dB的共模EMI；二，当进一步减小了无源器件的体积和大小之后，可实现更高的功率密度；三，减小了系统的体积和尺寸后，也可带来整个系统成本的降低；四，无论是热方面，还是Y电容或共模电感，整个可靠性都会得到提高；五，TI 提供各种各样的计算工具，使得产品更为简单易用。
EVM包括TPSF12C1-Q1单相AEF评估模块TPSF12C3-Q1三相AEF评估板两个，同时TI芯片封装非常小，采用4.2mm x 2mm SOT-23 14，使用TI的AE 产品不会给客户带来额外的 PCB板面积增大，也能够减少电感的体积和尺寸，从而减小整个系统的重量，简化滤波器设计。
车载充电器 (OBC) 是现在非常热门的应用，通常它有单相、单相/三相兼容或三相的OBC 构造。
TPSF12C1 可以用在单相滤波器设计上，TPSF12C3可以对应到三相或者单相/三相兼容的 EMI设计中。TI的产品对共模效果是在100kHz ~3MHz频率范围内可以消除最高可达30dB 的EMI。
通常来说，这种单相的功率集大概在6.6kW~7kW，三相在22kW、44kW (400Vac、480Vac) 。Y电容是TI重要的考量，Y电容需要考量其漏电流因素。
因此在 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 AEF 之后，在100kHz~3MHz的区间内等效放大了Y电容，通过这种技术上的提高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。
TI的AEF产品不局限于OBC方案，它还可应用到企业级服务器、通信电源、工厂自动化、楼宇自动化以及航空航天，此外对于 SiC、GaN 的方案，EMI的抑制效果也是一样的。无论是GaN、SiC 还是MOSFET，在功率集都会形成相应的共模噪声。可以说，只要是针对于需要有EMI抑制的地方都可以用到TI的AEF产品。
值得一提的是，TI 在提供AEF产品的同时，还针对产品有Excel版本的计算书。针对 EMI 相关产品有很多培训视频以及白皮书。此外，TI官网也有大量的电源工程师培训，在这些培训项目中也提供了EMI的基础知识和一些调试经验。
更为重要的是，TI的产品还可以简化整个设计。一方面，使用AEF时，可以保持原来系统的EMI设计不变，有效降低原有设计的EMI噪声；另一方面，可以减小元件尺寸，比如想要进一步减小整个系统的成本和体积，就可以用更小的共模电源加上AEF的产品达到和原来EMI一样的效果，帮助简化整个系统设计，提高功率密度。
文/付斌
