解析PICOR Quiet - Power® QPI - 21：48Vdc总线的有源EMI输入模块

在电子设备的设计中，电磁干扰（EMI）是一个不可忽视的问题，它可能会影响设备的性能和稳定性。今天，我们就来深入了解一款用于48Vdc总线的有源EMI输入模块——PICOR Quiet - Power® QPI - 21。

文件下载：QPI-21-CB1.pdf

产品概述

QPI - 21是一款专门针对48Vdc总线（电压范围36 - 76Vdc，具备100Vdc浪涌能力）系统设计的有源EMI滤波器。它能够在CISPR22规定的150kHz至30MHz频率范围内，有效衰减传导共模（CM）和差模（DM）噪声。

这款产品额定电流为14A，在环境温度高达65°C时无需降额使用，能够支持多个DC - DC转换器负载。而且，它符合PICMG® 3.0规范，可将系统板的滤波效果控制在EN55022 B级标准范围内。

与传统的无源滤波方案相比，有源滤波的使用显著减小了组件尺寸，进而缩小了整体封装大小。QPI - 21较小的体积节省了宝贵的电路板空间，降低的高度还有利于增强气流散热。该模块有带盖和开放式框架两种SiP（系统级封装）形式，采用LGA封装方式，并且还提供评估板，方便在现有系统设计中快速进行电路内测试。

产品特性

• 出色的滤波能力：在250kHz（50Ω）频率下，共模衰减可达45dB，差模衰减高达80dB。
• 宽电压范围和浪涌保护：最大输入电压为80Vdc，可承受100Vdc浪涌100ms，对地屏蔽层的耐压高达1500Vdc。
• 大电流承载能力：额定电流14A，能满足多种负载需求。
• 紧凑的封装设计：带盖SiP尺寸为25.3 x 25.3 x 5.0mm，开放式框架SiP尺寸为24.9 x 24.9 x 4.4mm，采用低轮廓LGA封装。
• 宽工作温度范围：环境温度范围为 - 40°C至 + 125°C，在该范围内效率 > 99%。
• 灵活的应用方式：可串联使用以获得更高的衰减效果，还设有用于额外X滤波电容的焊盘。
• 认证齐全：通过cTÜVus认证，符合UL/CSA 60950 - 1和EN 60950 - 1标准，同时带有CE标志，符合低电压指令（LVD）和RoHS再版指令。

应用领域

QPI - 21的应用范围十分广泛，涵盖了电信、网络等多个领域，具体包括：

• ATCA刀片服务器
• 电信基站
• IBA（集成基站架构）与分布式电源
• 网络交换机和路由器
• 光线路卡
• TD - SCMA无线基础设施

EMI相关知识与QPI - 21的滤波原理

EMI来源

在现代电源转换模块中，许多组件都是高频EMI噪声的产生源。例如二极管、高频开关器件、变压器和电感器，以及传输高dv/dt或di/dt信号的电路布局等，都可能产生EMI。EMI的传播方式分为辐射和传导两种，辐射EMI可由这些组件以及类似天线的电路环路产生，而传导EMI主要有共模（CM）和差模（DM）两种基本形式。

无源EMI滤波

无源滤波的基本原理是在差模和共模路径中插入高阻抗元件，以阻止EMI信号返回电源。常用的方法是使用共模扼流圈和“Y”电容来滤除共模EMI，通过差模LC网络来滤除差模EMI。不过，为了满足EN55022 B级标准，往往需要两个共模网络。

有源EMI滤波

QPI - 21有源EMI滤波器采用了与无源滤波相似的基本原理，但在低频滤波时，其有源共模滤波器在更小的电路板面积和更低的功耗下，能达到与无源滤波器相当的效果。它利用一个小型高频共模变压器来过滤高频信号，并添加了传感元件，以便检测低频共模信号并生成校正信号插入屏蔽连接，从而在更小的空间内为转换器提供整个EN55022 B级范围内的EMI滤波。

EMI管理策略

在电源转换器源头有效管理EMI，可以减少为达到特定标准所需的EMI衰减量。在转换器的输入和输出功率节点添加“Y”电容，有助于限制传播到输入源的共模EMI量。同时，选择合适的“Y”电容连接拓扑结构（“开放式框架”或“底板式”），也能大大降低需要滤波的EMI信号量。

电路应用与测试

典型应用电路

QPI - 21可与各种DC - DC转换器配合使用，如Vicor的Brick产品、Micro、Mini和Maxi模块等。在实际应用中，要根据不同的应用场景选择合适的电路拓扑和滤波电容。例如，在图2所示的典型电路中，可根据需要选择是否添加X（CX1）滤波电容。

衰减测试

通过一系列的衰减测试，包括不同负载、不同拓扑结构（开放式框架和底板式）下的测试，验证了QPI - 21在不同条件下的滤波效果。测试结果表明，QPI - 21能够有效降低总噪声，并且添加47μF电容可以使总峰值降低约6dBuV。

设计注意事项

PCB布局

在进行QPI - 21 EMI滤波器的PCB布局时，要注意避免其受到转换器辐射EMI场的影响。建议将QPI - 21放置在辐射场之外，并且避免总线线路在QPI和转换器之间布线，以及避免其铜平面在内部层重叠，以防止EMI噪声通过平面间的寄生电容从输入耦合到输出。

焊接后清洁

由于LZ版本的QPI SIP不是密封封装，因此不能暴露在液体中。在焊接时，建议使用免清洗助焊剂，以防止焊接后模块上残留可能具有腐蚀性的移动离子。对于需要在液体溶剂中清洗的应用，建议使用QPI - 21LZ - 01开放式框架版本的EMI滤波器。

综上所述，PICOR Quiet - Power® QPI - 21有源EMI输入模块在48Vdc总线系统的EMI滤波方面表现出色，具有诸多优点和灵活的应用方式。电子工程师在设计相关系统时，可以充分考虑其特性和优势，以实现更好的电磁兼容性。大家在实际应用中有没有遇到过类似模块的其他问题呢？欢迎在评论区分享交流。