汽车DCDC开关电源的EMI噪声源分析
本期内容
各位“攻城狮”朋友们，mps电源小课堂又准时上线啦~
随着汽车智能化的普及，车上会装配越来越多功能复杂的电子零部件，例如最近几年比较热门的自动驾驶，智能座舱等。这些科技感十足的产品，都需要汽车级dcdc 电源来供电, 而dcdc开关电源又是emi的源头，是汽车电子绕不过去的难题。
我们将分三期来讨论dcdc开关电源emi问题， 分别是：
dcdc噪声源分析
汽车级dcdc如何通过芯片设计来优化emi
汽车dcdc系统emi优化设计
本期电源小课堂，我们首先来给大家分析下dcdc开关电源的噪声源。
我们以常用的降压型buck为例，下图是一个典型的buck电路:
图2
buck电路工作有如下两个工作过程：
图3 上管q1开通，电感电流线性上升
图4 下管q2开通时，电感电流线性下降
由于开关q1,q2的轮流导通，则输入电容cin/q1/q2这个环路a1的区域的电流是不连续的，如下图:
图5
a1区就是我们常说的高频电流环，这个不连续的电流就是di/dt emi噪声源，而输出的环路由于电感电流是连续的三角波，所以噪声较小。
dcdc 的另外一个噪声源就是开关节点sw的dv/dt噪声源，当上下管轮流导通时，sw的电压在高低高低的变化，sw节点的电压变化就形成了dv/dt噪声源。
图6
那么知道dcdc两大噪声源di/dt和dv/dt，他们是怎么产生emi问题的呢？
首先我们先来看看di/dt 的emi问题。
我们将典型的buck电路和传导测试的lisn网络画到一起，如下图：
图7
分析噪声源时，我们可以用戴维南等效电路来分析，q1上的不连续的电流，产生了di/dt噪声, 我们可以用一个等效的电流源isw代替，q2上有电压变化，我们可以用一个等效电压源 vsw 代替，等效电路如下:
图8
根据叠加定理，单独分析 isw di/dt噪声时， vsw 短路，简化模型如下，isw噪声可以通过lisn网络，被lisn网络的两个50ohm电阻测到，产生了一个差模噪声干扰：
图9
再单独分析电压源 vsw ，电流源isw则需要开路，简化模型如图。
这个时候，其实看到vsw跟lisn网络断开，也就是说vsw不产生差模噪声。
图10 电流源短路
图11 简化后模型
通过以上分析似乎di/dt的噪声源似乎很容易处理，如果只是差模噪声，那di/dt的emi就非常容易了，只需要在输入端加差模lc滤波器，但实际上，很多工程师都发现，输入加了差模pi滤波器，di/dt的emi问题依然存在，特别是高频段的emi问题。
其实，实际电路中，会有寄生电感lp和寄生电容cp，如下图所示：
随着频率的升高，寄生电感lp阻抗增加，寄生电容cp阻抗降低，差模电流路径将被lp阻断，同时寄生电容cp将提供一个路径，在高频段di/dt通过lisn，以及寄生电容cp形成一个回路，由此可见，di/dt在高频段将转换成共模噪声了。
图12
解决di/dt的高频的共模问题， 也就变成了如何优化寄生电感lp了，我们会在接下来的微信小文章中来分享具体的方法。
那么dv/dt 高频噪声，是怎么被lisn网络测试的？
上面我们分析了vsw不产生差模噪声，那么vsw有没有共模噪声呢？
还是用之前的模型，并将电路的寄生参数画出来，开关节点sw 对大地是有寄生电容cpsw，vsw的电压变化，会在寄生电容cpsw产生电流，dv/dt 通过寄生电容cpsw回到大地，然后回到lisn网络，简化模型如图，所以dv/dt产生一个共模噪声。
图13 dv/dt噪声源传输路径
图14 简化后模型
dv/dt的emi 优化，我们也会在接下来的微信文章中来给大家分享。
通过以上的分析，相信大家都对dcdc的emi两大噪声源有了一定的了解，学习更多干货知识，请持续关注mps微信公众号以及mps电源小课堂。
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图5
a1区就是我们常说的高频电流环，这个不连续的电流就是di/dt emi噪声源，而输出的环路由于电感电流是连续的三角波，所以噪声较小。
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图6
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首先我们先来看看di/dt 的emi问题。
我们将典型的buck电路和传导测试的lisn网络画到一起，如下图：
图7
分析噪声源时，我们可以用戴维南等效电路来分析，q1上的不连续的电流，产生了di/dt噪声, 我们可以用一个等效的电流源isw代替，q2上有电压变化，我们可以用一个等效电压源 vsw 代替，等效电路如下:
图8
根据叠加定理，单独分析 isw di/dt噪声时， vsw 短路，简化模型如下，isw噪声可以通过lisn网络，被lisn网络的两个50ohm电阻测到，产生了一个差模噪声干扰：
图9
再单独分析电压源 vsw ，电流源isw则需要开路，简化模型如图。
这个时候，其实看到vsw跟lisn网络断开，也就是说vsw不产生差模噪声。
图10 电流源短路
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其实，实际电路中，会有寄生电感lp和寄生电容cp，如下图所示：
随着频率的升高，寄生电感lp阻抗增加，寄生电容cp阻抗降低，差模电流路径将被lp阻断，同时寄生电容cp将提供一个路径，在高频段di/dt通过lisn，以及寄生电容cp形成一个回路，由此可见，di/dt在高频段将转换成共模噪声了。
图12
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那么dv/dt 高频噪声，是怎么被lisn网络测试的？
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