车载48V电源系统的CISPR25传导发射对策案例
本解决方案指南基于车载设备的EMC标准CISPR25，介绍了在降压转换器中产生的传导发射，输入电压从12V提升到48V时的影响验证结果，以及在48V输入条件下通过滤波器元件进行噪声对策的案例。对于在48V电源系统EMC对策方面有课题的读者，敬请阅读。
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车载48V电源系统的引入背景与课题
随着先进驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶（AD）的发展，车内的电力需求大幅增加。如果想要在传统的12V电源系统下增加供电功率，则必须增加电流，但电流的增加势必会引起电力损耗增加、以及线束重量增加导致出现车身总重提高等问题。
在这一课题背景下，作为传统12V电源系统的替代方案，“48V电源系统”的导入正在推进。48V电源系统相比传统的12V电源系统，通过将电压提高到4倍，可以将供应同等功率所需的电流降低到1/4。由此，可以使得电力损耗降低、以及由线束细径化和轻量化带来的续航里程变长等巨大优势。另一方面，系统电压从12V提升到48V，会导致开关电源中的电压变化（dV/dt）增大，成为噪声水平提升的一个原因，因此预计EMC对策的重要性将比以往更加突出。此外，48V线路上使用的元件需要比以往更高的额定电压，因此需要选择相应的元件。
关于车载48V电源系统的EMC对策和元件解决方案，请参考以下文章。
车载48V电源系统的EMC与噪声对策及元件解决方案 | 解决指南 | 技术资料库 | TDK Product Center
12V输入与48V输入的降压转换器传导发射测试结果对比
为了确认系统电压上升对噪声的影响，使用支持12V输入和48V输入的降压转换器进行了噪声的比较评估。
评估基于CISPR25标准，针对传导发射采用了电压法和电流探头法两种方法进行。
EUT（被测物）
同步整流降压转换器（带有频谱扩散功能）
| 结构 | |
| 输入滤波器 | MLCC 4.7μF + L15μH + MLCC 4.7μF×2 |
| 输入电容器 | 电解电容器 33μF |
| 旁路电容器 | MLCC 4.7μF×2 + 0.1μF×2 |
测试方法
- 标准：CISPR25
- 限值：Class5
- 测量项目：传导发射
- 电压法 150kHz～108MHz
- 电流探头法 150kHz～245MHz
- 传导发射 电压法
- 传导发射 电流探头法
工作条件
| 条件 | 输入 | 输出 | 开关频率 |
|---|---|---|---|
| 条件① 12V输入 | 12V | 5V / 4A（20W） | 400kHz |
| 条件② 48V输入 | 48V | 12V / 1.67A（20W） | 400kHz |
测试结果
■条件① 12V输入
- 传导发射 电压法
- 传导发射 电流探头法
■条件② 48V输入
- 传导发射 电压法
- 传导发射 电流探头法
评估结果显示，无论是电压法还是电流探头法，与输入电压为12V时相比，输入电压为48V时都观测到更高水平的噪声。通常认为是由于输入电压上升导致开关时的电压变化（dV/dt）增大所致。因此，在48V电源系统中，与传统的12V电源系统相比，噪声水平的增加令人担忧，从防止设备误动作和维持可靠性的角度来看，EMC对策预计将变得比以往更加重要。
48V输入降压转换器的CISPR25传导发射对策案例
在48V电源系统中，由于与传统的12V电源系统相比，噪声水平可能增加，因此针对48V输入降压转换器的CISPR25传导发射，进行了通过滤波器元件的对策研究。输入滤波器的结构通过以下三种模式进行了比较评估。
- 无滤波器
- π型滤波器
- π型滤波器＋电源用共模滤波器
EUT（被测物）
同步整流降压转换器（带有频谱扩散功能）
| 结构 | |
|---|---|
| 输入电容器 | 电解电容器 33μF |
| 旁路电容器 | MLCC 4.7μF×2 + 0.1μF×2 |
测试方法
- 标准：CISPR25
- 限值：Class5
- 测量项目：传导发射 电压法 150kHz～108MHz／电流探头法 150kHz～245MHz
工作条件
- 输入：48V
- 输出：12V / 5A（60W）
- 开关频率：400kHz
输入滤波器结构
■无滤波器
- 滤波器结构
| 产品 | 特性 | P/N |
|---|---|---|
| - | - | - |
■π型滤波器
- 滤波器结构
| 产品 | 特性 | P/N |
|---|---|---|
| C1/C2/C3 | 4.7μF | CGA5L1X7R2A475K160AC |
| L1 | 15μH | SPM7054VC-150M-D |
■π型滤波器＋电源用共模滤波器
- 滤波器结构
| 产品 | 特性 | P/N |
|---|---|---|
| CMF | 700Ω | ACM55V-701-2PL-TL00 |
| C1/C2/C3 | 4.7μF | CGA5L1X7R2A475K160AC |
| L1 | 15μH | SPM7054VC-150M-D |
测试结果
■无滤波器
- 传导发射 电压法
- 传导发射 电流探头法
■π型滤波器
- 传导发射 电压法
- 传导发射 电流探头法
■π型滤波器＋电源用共模滤波器
- 传导发射 电压法
- 传导发射 电流探头法
在无滤波器的情况下，无论是电压法还是电流探头法，都观察到极高水平的噪声，超过了限值。但在添加π型滤波器后，主要在电压法的AM频段（0.53～1.8MHz）噪声得到了有效抑制。然而，即使添加了π型滤波器，在电压法和电流探头法中，70MHz以上的频率范围内仍然观察到高于限值的噪声。针对70MHz以上频段的噪声，进一步添加电源用共模滤波器后，确认能够有效抑制。由此结果可知，对于48V电源系统的传导发射对策，采用π型滤波器和电源用共模滤波器组合的多级输入滤波器结构是有效的。
※本测试结果仅为特定测试环境下的一个例子，并不保证最终产品符合CISPR25标准。最终的适合性请在实际使用条件下确认。
面向车载48V线路的产品阵容
TDK可为48V线路提供多种产品。由于各种部件都有额定电压的规定，请务必确认留有足够的裕量后再使用。
Featured Products
| CGA6P1X7R2A106K250AC | 静电容量: 10uF 额定电压: 100V / 温度特性: X7R LxWxT: 3.2x2.5x2.5mm (1210) | 详细  |
|---|---|---|
| CGA5L1X7R2A475K160AC | 静电容量: 4.7uF 额定电压: 100V / 温度特性: X7R LxWxT: 3.2x1.6x1.6mm (1206) | 详细 |
| CGA4J1X7R2A225K125AC | 静电容量: 2.2uF 额定电压: 100V / 温度特性: X7R LxWxT: 2.0x1.25x1.25mm (0805) | 详细 |
■MLCC额定电压100V 车载级产品
| 系列 | 长 x 宽尺寸 mm (EIA) | 标准电极 | 树脂电极 | 大容量电容 （Mega Cap） | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CGA2* | 1.0 x 0.5 (0402) | 0.001 to 0.01 uF | 详细 | ||||
| CGA3* | 1.6 x 0.8 (0603) | 0.001 to 0.1 uF | 详细 | 0.001 to 0.1 uF | 详细 | ||
| CGA4* | 2.0 x 1.25 (0805) | 0.047 to 2.2 uF | 详细 | 0.001 to 1 uF | 详细 | ||
| CGA5* | 3.2 x 1.6 (1206) | 0.047 to 4.7 uF | 详细 | 0.1 to 2.2 uF | 详细 | ||
| CGA6* CNA6* | 3.2 x 2.5 (1210) | 1.0 to 10 uF | 详细 | 0.47 to 10 uF | 详细 | ||
| CGA8* | 4.5 x 3.2 (1812) | 1.5 to 2.2 uF | 详细 | ||||
| CGA9* CKG57* CAA57* | 5.7 x 5.0 (2220) | 3.3 to 15 uF | 详细 | 10 uF | 详细 | 1.0 to 47 uF | 详细 |
■电源线用共模扼流圈/滤波器 车规级产品
| 型号 | 长 x 宽 x 高尺寸 mm | 共模阻抗 (Z) | 直流电阻 | 定电流 | 额定电压 | 绝缘电阻 |
| |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| at 100MHz | 85℃ | 105℃ | 125℃ | |||||||
| (Ω) min. | (Ω) typ. | (mΩ) max. | (A) max. | (V) max. | (MΩ) max. | |||||
| ACT32P-102-2P-TL01 | 3.2x2.5x2.5 | 750 | 1000 | 150 | 0.8 | 0.8 | 0.7 | 80 | 10 | 详细 |
| ACM55V-701-2PL-TL00 | 5.5x5.5x3.5 | 500 | 700 | 17 | 4.7 | 4 | 3.1 | 80 | 10 | 详细 |
| ACM70V-701-2PL-TL00 | 7.0x6.0x3.5 | 500 | 700 | 15 | 5.5 | 4.8 | 4 | 80 | 10 | 详细 |
| ACM90V-701-2PL-TL00 | 9.0x7.0x4.5 | 500 | 700 | 10 | 8 | 7 | 5 | 80 | 10 | 详细 |
| ACM90V-152-2PL-TL00 | 1100 | 1500 | 16 | 5.4 | 4.5 | 3.6 | 80 | 10 | 详细 | |
| ACM12V-351-2PL-TL00 | 12.0x11.0x6.0 | 240 | 350 | 2.9 | 16 | 14 | 10 | 80 | 10 | 详细 |
| ACM12V-701-2PL-TL00 | 500 | 700 | 6 | 11 | 11 | 8 | 80 | 10 | 详细 | |
| ACM12V-172-2PL-TL00 | 1200 | 1700 | 12 | 7 | 6 | 4.8 | 80 | 10 | 详细 | |
■电源线用电感器 车规级产品 - 适用于48V电源系统的推荐产品
| 系列 | L x W 尺寸 (mm) | T (Max.) (mm) | 额定电压 (V) max. | 直流电阻 (mΩ) typ. | 电感 (μH) | 额定电流(基于L变化) (A) typ. (ΔL = -30%) | 额定电流(基于温度上升) (A) typ. (ΔT = 40℃) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SPM7054VC* | 7.5 x 7.0 | 5.4 | 80 | 4.3 to 334 | 1.0 to 100 | 3.4 to 26.8 | 1.8 to 16.2 | 详细 |
| SPM10065VC* | 10.5 x 10.0 | 6.5 | 80 | 2.3 to 114 | 1.0 to 68 | 7.3 to 49.8 | 3.4 to 23.0 | 详细 |
| SPM12565VC* | 13.0 x 12.5 | 6.5 | 120 | 2.1 to 30.4 | 1.0 to 22 | 14.5 to 58.9 | 6.9 to 25.4 | 详细 |
■ESD/电压保护器件 车规级产品
总结：车载48V电源系统的EMC对策与TDK的全方位支持
车载48V电源系统由于能够通过降低电力损耗实现高效率等优点，预计今后将得到更广泛的普及，但也存在噪声水平增加的担忧，预计EMC对策将变得比以往更加重要。在实际测量案例中，通过将电感器、MLCC、电源用共模滤波器组合成多级结构的输入滤波器，确认能够在从低频到高频的宽频率范围内有效抑制噪声。
TDK广泛提供适用于车载48V电源系统的EMC对策元件。此外，还提供EMC测量服务、回路设计建议、噪声对策支持等全面的技术支持。从元件选型到评估验证，我们将为您提供全方位的支持，欢迎随时联系我们。
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