SiC和GaN等新型功率半导体技术可以提高效率和更高的开关频率，从而实现更小的组件尺寸。但这些收益是以更大的辐射电磁辐射为代价的，正如EMC法规越来越严格一样。工程师如何有效地减少辐射电磁干扰?
从提高可再生能源的成本平价，到在每个口袋里都配备负担得起的随时在线通信设备，再到为物联网供电和连接，高效率的电源转换和无处不在的无线连接是可以深刻影响可持续性和生活水平的两大趋势。
另一方面，确保设备满足电磁兼容性(EMC)法规也面临着更大的挑战。他们期望在目标环境中正常工作，同时也不干扰附近的其他设备。此外，由于高速开关和高频射频设备充斥着电磁环境，全球主要市场的EMC法规正变得越来越严格。
展望未来，联网汽车等创新有望进一步加大赌注，为日常消费级电气设备的EMC问题增加安全关键因素。
宽带隙效应
在功率转换领域，宽带隙半导体技术，如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)，现在正在商业化，以提高传统硅部件的性能:传导损耗更低，模具尺寸和成本可以降低，击穿电压更大，温度能力提高，更快的开关允许更小的平滑和解耦组件。
然而，尽管增加开关频率可以带来更大的功率密度和更低的能量损失，皮秒开关边缘导致谐波深入射频领域。转换速率可以比传统硅器件高得多:例如，与标准MOSFET的0-10V相比，栅极电压必须在典型的+15V和-3V之间摆动，以确保SiC器件的可靠开关，如果使用更高的直流链路电压以获得更高的效率，晶体管上的dV/dt也可以很高。对于约1MHz的开关频率，相关谐波的幅值即使达到几百MHz也会很麻烦。必须处理这些问题，以确保符合EMC要求。
与此同时，随着应用程序和使用趋势的发展，EMC法规变得越来越严格，这意味着越来越多的设备必须在近距离内共存。越来越多的无线设备，如移动设备、平板电脑和物联网基础设施，通过蜂窝网络、WLAN、PAN、LPWAN或其他不同频段的网络连接:sub-GHz RF、GSM/CDMA、2.4GHz或5GHz Wi-Fi或2.4GHz蓝牙®5。
最新的欧盟EMC指令，欧盟2014/30 /，就是一个很好的例子。修订后的技术限制要求更低的传导和辐射排放，以及更高的免疫力，以证明合规，欧盟的新立法框架更加强调市场监督，以识别和从销售中移除不合规产品。
EMC指令2014/30/EU引用了各种技术规范，包括铁路信号设备EN 50121-4、电力设备EN 50121-5、家用电器产品EN 55014、IT设备和多媒体设备EN 55022和55032等新文件。满足这些技术规范是演示遵从性的一个方面;另一个是保持令人满意的文件。
在北美，联邦通信委员会(FCC)在其第15部分立法中规定了EMC要求。对于轻工业和工业应用，分别采用国际IEC 61000-6-3和IEC 61000-6-4 EMC标准。
处理电源噪声
因此，EMC合规性变得越来越重要，但难以实现，与此同时，电源系统设计将开关频率推高，导致噪声信号在ISM无线电频段或附近。
从历史上看，包含传统硅igbt或mosfet的开关电源转换器的典型噪声频谱跨越了大约10kHz到50MHz的频率范围。其中大部分都在CISPR/CENELEC和FCC噪声标准定义的传导辐射(9kHz至30MHz)范围内。
传导噪声可以作为差模噪声存在，也称为正模噪声或共模噪声，并且耦合在源和电源或信号线之间。差动噪声是设备预期运行的结果，跟随信号线或电源线，而共模噪声耦合在信号线或电源线和非预期传导路径之间，如底盘部件或地面。
传导噪声通常通过插入包含电容/s和/或电感/s的电力线或信号滤波器来处理。通常，电容器面对高阻抗电路-可能是源或负载-而电感需要连接到低阻抗电路。如果源和负载都是高阻抗的，则可以使用纯电容滤波器，或者使用pi滤波器以获得更陡的频率响应。
全球标准机构已经建立了无源滤波器的规范，例如基于IEC 60939的欧洲EN 60939规范，以及适用于美国的UL 1283或MIL-F-15733。KEMET的滤波器符合适用标准，可提供各种配置，包括单或三相，底盘安装，板安装或馈通滤波器，额定电流范围从低于1安培到2500A。还有一些特殊的过滤器，用于医疗设备或照明设备等必须满足EN 55015排放标准才能在欧盟销售的应用。
衰减高频噪声
根据北美和欧洲的标准，频率在30MHz以上的干扰信号被归类为辐射发射。主要的辐射源包括电缆和设计不良的PCB轨道。始终建议采用最佳设计实践，包括使这些电缆和轨道尽可能短，并将携带信号对的轨道紧密地定位在板上。然而，以这种方式设计EMC挑战并不总是可能的，并且需要额外的措施来衰减高频噪声信号。
从根本上说，处理辐射噪声的策略是通过施加磁损耗将高频噪声能量转化为热量。例如，电缆通过铁氧体芯来衰减高频辐射EMI。磁导铁芯与电缆自感产生的共模噪声电流产生的磁场相互作用，在高频处呈现高阻抗。将电缆多次穿过芯线可以在任何给定频率下增加噪声衰减。差动电流和低频信号电流产生的磁通量最小，因此衰减很小。
柔性屏蔽方案
其他高频噪声辐射，如PCB轨道，必须以不同的方式处理，通常采用某种形式的屏蔽。一个接地的金属屏蔽是有效的，但会增加成本，而且一个小的外壳可能无法为屏蔽及其机械固定和接地连接提供足够的空间。如果在项目后期发现噪音问题，可能就没有时间设计这样的组件了。
高磁导率磁性材料制成的柔性屏蔽材料(图1)可以提供一种方便、经济的解决方案。这是一种被广泛认可的方法，事实上，测量其电磁特性的方法根据IEC 62333进行了标准化。本标准旨在确保板材制造商清楚地展示其产品的性能，最终用户在实践中可以获得类似的结果。
图1。抑制片的组成结合了能量吸收特性和灵活性。
KEMET的Flex抑制器符合IEC 62333标准，可有效衰减超过1GHz的频率。该材料可以被修剪成合适的尺寸和形状，以屏蔽特定的电路功能，如电源开关级，以吸收辐射或防止外部干扰。它可以固定在套管内部，靠近所讨论的电路，或在其他位置，如紧密堆叠的板之间，以防止串扰。该材料也可以包裹在电缆上，以类似于铁氧体扼流圈的方式工作。
其他经过验证的应用包括ESD保护、无线充电和rfid范围增强，以及通过防止反射干扰来对抗笔记本电脑和手机等多无线电设备中的接收器失感。Flex Suppressor有多种渗透性等级可供选择，为设计师提供了广泛的噪音频率的有效选择。这些材料包括相对渗透率为60的标准级材料和相对渗透率为130的超高渗材料。还有一个20的超低渗透变体，在Wi-Fi频率范围和更高的范围内提供极高的噪声衰减。
结论
高频噪声源和更严格的立法对寻求在最新设计中使用宽带隙半导体的功率设计人员提出了挑战。铁氧体磁芯和高渗透抑制材料正在不断发展，以对抗频率高达1GHz及更高的辐射噪声。
