VICOR QPI-5LZ：24V直流总线的14A有源EMI滤波器SiP

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，甚至导致设备故障。VICOR的QPI-5LZ有源EMI滤波器为解决这一问题提供了一种有效的方案。下面我们就来详细了解一下这款产品。

文件下载：QPI-5-CB1.pdf

产品概述

QPI-5有源EMI滤波器能够在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。该产品专为24V直流总线（10 - 40V DC）系统设计，具备100V DC的浪涌能力。其14A的额定电流能够支持多个DC - DC转换器负载，在环境温度高达65°C时也无需降额使用。它适用于电信和ITE总线范围，支持PICMG® 3.0规范，可将系统板的滤波效果控制在EN55022 Class B限值内。

与无源解决方案相比，有源滤波的使用减小了共模扼流圈的体积，提供了一种低轮廓、表面贴装的器件。更小的尺寸节省了宝贵的电路板空间，降低的高度则增强了刀片式应用中的气流。QPI-5有带盖和开放式框架的SiP（系统级封装）两种形式，采用LGA封装。同时，还提供评估板，方便在现有系统设计中对QPI-5LZ进行快速的电路内测试。

产品特性与优势

出色的衰减性能

• 在250kHz（50Ω）时，共模衰减可达60dB。
• 在250kHz（50Ω）时，差模衰减可达75dB。

宽电压范围与高耐压能力

• 最大输入电压为40V DC。
• 具备100V DC浪涌100ms的能力。
• 对屏蔽平面的耐压可达707V DC。

高电流承载能力

额定电流为14A，能满足多种负载需求。

紧凑的封装设计

• 低轮廓LGA封装，面积约为1平方英寸。
• 带盖SiP尺寸为25.3 x 25.3 x 5.2mm，开放式框架SiP尺寸为24.9 x 24.9 x 4.4mm。

宽工作温度范围

工作环境温度范围为 - 40°C至 + 125°C。

高效率

效率大于99%。

可级联使用

可串联连接以获得更高的衰减效果。

认证保障

通过TÜV认证，质量有保障。

应用领域

• 工业总线电源：为工业设备提供稳定、低干扰的电源。
• 电信基站：确保电信设备在复杂电磁环境下正常工作。
• IBA与分布式电源COTS系统：满足相关系统对电源滤波的要求。

关键技术解析

EMI来源

当今电源转换模块中的许多组件都是高频EMI噪声的产生源，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。EMI通过辐射或传导方式传播。辐射EMI可由这些组件以及像天线一样的电路环路产生，并将噪声信号广播到相邻电路路径。同时，这些环路也可能成为广播信号的接收器。通过合理的电路布局和屏蔽潜在的EMI传输源，可以降低辐射EMI噪声。传导EMI主要有共模（CM）和差模（DM）两种基本形式，差模噪声存在于电源及其负载的正常功率回路中，而共模噪声则通过电源的两条导线传播，并通过寄生路径返回地。

无源EMI滤波

滤波EMI的基本原理是在EMI的基频处，在差模和共模路径中插入高阻抗。无源滤波器使用共模扼流圈和“Y”电容器来滤除共模EMI。这些扼流圈设计为在EMI频率下与返回路径串联呈现高阻抗，并通过“Y”电容器为接地信号提供低阻抗路径。这种网络将迫使EMI信号在一个受限区域内重新循环，而不会传播到外部。通常需要两个共模网络才能在满足EN55022 Class B限值所需的频率范围内滤除EMI。无源滤波器的另一个组件是差分LC网络，电感器的选择应使其在EMI基频下的差模EMI环路中呈现高阻抗，差分电容器则将EMI分流回其源。

有源EMI滤波

Vicor QPI-5有源EMI滤波器采用与无源方法相同的基本滤波原理，但在滤波低频时，其有源共模滤波器在更小的电路板面积上能达到与无源滤波器相当的效果。通常，频率越低，为了正确滤波EMI信号所需的电感就越大，这意味着要么需要更大的磁芯，要么在较小的磁芯上增加更多的匝数。更大的磁芯需要更多的电路板空间，而匝数更多的小磁芯会有更多的寄生效应，影响滤波器对EMI信号的衰减能力。QPI-5的有源滤波器使用一个小型高频共模变压器来过滤较高频率，并添加了一个传感元件，以便能够感测低频共模信号，并生成一个校正信号插入到屏蔽连接中。这样，QPI-5能够在比标准无源滤波器小得多的空间内为转换器提供EMI滤波，并能在整个EN55022 Class B范围内提供滤波。

EMI管理

在源端（即电源转换器）更有效地管理EMI，滤波器所需的EMI衰减就会减少。在转换器的输入和输出功率节点添加“Y”电容器有助于限制传播到输入源的EMI量。“Y”电容器的连接有“开放式框架”和“底板”两种基本拓扑结构。不同的拓扑结构产生的EMI量不同，选择合适的拓扑结构可以大大减少需要过滤的EMI信号量。在典型应用中，添加铜屏蔽平面有助于抑制辐射EMI，将其转换回传导EMI并分流回其源。连接在屏蔽平面和QPI屏蔽引脚之间的RY电阻器提供了一个阻抗，使QPI的共模噪声消除信号在去除通常返回屏蔽/接地连接的共模噪声方面更有效。

产品参数与设计建议

绝对最大额定值

名称	额定值
输入电压（BUS+ 到 BUS–，连续）	–40 到 40V DC
输入电压（BUS+ 到 BUS–，100ms 瞬态）	–100 到 100V DC
BUS+/ BUS– 到屏蔽垫，耐压	–707 到 707V DC
输入到输出电流（连续，25°C 环境温度）	14A DC
输入到输出电流（10 秒，25°C 环境温度）	20A DC
功率耗散（65°C 环境温度，14A）	2.3W
工作温度	–40 到 125°C
热阻（使用图 20 中的 PCB 布局）	20°C/W
热阻（到 PCB）	8°C/W
存储温度（JEDEC 标准 J - STD - 033B）	–55 到 125°C
回流温度（20s 暴露）	245°C
ESD（人体模型）	–2000 到 2000V

电气特性

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
BUS+ 到 BUS– 输入范围	在 14A、65°C 环境温度下测量	10		40	V DC
BUS+ 到 QPI+ 电压降	在 14A、65°C 环境温度下测量			135	mV DC
BUS– 到 QPI– 电压降	在 14A、65°C 环境温度下测量			29	mV DC
共模衰减	V BUS = 28V，频率 = 250kHz，线路阻抗 = 50Ω		60		dB
差模衰减	V BUS = 28V，频率 = 250kHz，线路阻抗 = 50Ω		75		dB
40V 时的输入偏置电流	从 BUS+ 到 BUS– 的输入电流		8		mA

PCB 布局建议

在布局QPI-5 EMI滤波器时，设计者需要注意所有转换器都会发出的辐射EMI场，并将QPI-5放置在该场区域之外。同时，建议进入QPI滤波器的总线线路不要布置在QPI和转换器之间，或者其铜平面不要在内层重叠，以免通过平面之间的寄生电容将EMI噪声从输入耦合到输出。

焊接后清洗

LZ版本的QPI SiP不是密封封装，不能暴露在液体中，包括但不限于清洁溶剂、水洗溶液或加压喷雾。焊接时，建议使用免清洗助焊剂，以确保焊接过程后模块上、周围或下方不会残留潜在的腐蚀性移动离子。对于需要在液体溶剂中清洗最终产品的应用，建议使用QPI-5LZ - 01开放式框架版本的EMI滤波器。

总结

VICOR的QPI-5LZ有源EMI滤波器凭借其出色的性能、紧凑的设计和广泛的应用领域，为电子工程师在解决EMI问题时提供了一个可靠的选择。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用需求，合理选择滤波器的拓扑结构和布局方式，以充分发挥其优势，确保电子设备的稳定运行。你在设计中是否遇到过类似的EMI问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。