現(xiàn)代電子系統(tǒng)正變得越來(lái)越密集，集成度越來(lái)越高。本文將介紹一些經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的降低電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電磁干擾 (EMI) 水平的方法。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段的后期必須意識(shí)到嚴(yán)重的 EMI 問(wèn)題，否則可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的金錢(qián)和時(shí)間成本。

本文討論如何在濾波器尺寸和成本方面改善 EMI，同時(shí)減少設(shè)計(jì)時(shí)間和復(fù)雜性，尤其是在開(kāi)關(guān)模式電源 (SMPS) 中。

功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 中的開(kāi)關(guān)效應(yīng)是系統(tǒng)中重要的 EMI 源。這種效應(yīng)最終會(huì)影響系統(tǒng)可靠性。

EMI 主要出現(xiàn)在不連續(xù)的輸入電流、開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的高壓擺率以及由電源環(huán)路內(nèi)的寄生電感引起的開(kāi)關(guān)邊緣的更多振鈴。

SMPS 中的 EMI 來(lái)源

EMI 問(wèn)題無(wú)法在電路設(shè)計(jì)階段的后期得到解決，因?yàn)樗赡軙?huì)導(dǎo)致成本和時(shí)間的浪費(fèi)。

例如，考慮圖 1中的降壓轉(zhuǎn)換器。它演示了每個(gè)元件如何在各個(gè)頻帶內(nèi)展現(xiàn)自己。

德州儀器

1. 圖中顯示的是 SMPS 中 EMI 源的一個(gè)典型示例(德州儀器提供)

為了降低 SMPS 的成本和尺寸，設(shè)計(jì)人員目前正在嘗試提高開(kāi)關(guān)頻率，這也將提高效率。然而，這種向更高開(kāi)關(guān)頻率的轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致更多的 EMI 問(wèn)題?，F(xiàn)在，設(shè)計(jì)人員需要自由地集成不會(huì)影響電源設(shè)計(jì)的 EMI 緩解方法。

上述規(guī)則已在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中得到充分確立，例如針對(duì)汽車(chē)行業(yè)的國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì) (CISPR) 25 和針對(duì)多媒體設(shè)備的 CISPR 32。干擾將被限制在特定水平，易受影響的電路將能夠處理該水平的干擾。

減少干擾的方法

設(shè)計(jì)師必須了解每個(gè)特定應(yīng)用的適用標(biāo)準(zhǔn)。了解如何測(cè)量 EMI 也很重要，因?yàn)檫@些知識(shí)將使工程師更好地了解如何降低 EMI。

在涉及長(zhǎng)線束的汽車(chē)設(shè)計(jì)中，傳導(dǎo) EMI 與最新車(chē)輛中線束數(shù)量的增加有關(guān)。預(yù)防或減輕 EMI 的一些最佳方法如下：

屏蔽

這可能是控制耦合或輻射 EMI 的最佳方法?？梢允褂闷帘谓饘偻鈿ず屯繉?。此外，電纜也應(yīng)屏蔽，以防止外部 EMI 影響敏感元件。

過(guò)濾

使用濾波器消除不需要的信號(hào)。無(wú)源濾波器通常用于將 EMI 降至最低。此外，交流線路濾波器可以防止不需要的信號(hào)進(jìn)入電源或其他供電電路。集成有源 EMI 濾波器將有助于降低系統(tǒng)輸入端的差模 (DM) 傳導(dǎo)輻射，因?yàn)樗梢猿洚?dāng)非常有效的低阻抗分流器(圖 2)。

德州儀器

2. 這是一個(gè)帶有感應(yīng)器、補(bǔ)償元件和注入電容器 (Cinj) 的有源 EMI 濾波器。

鐵氧體磁珠還可以抑制高頻噪聲。

接地

接地通常為 EMI 提供低阻抗路徑。當(dāng)系統(tǒng)正確接地時(shí)，EMI 會(huì)從關(guān)鍵設(shè)備轉(zhuǎn)移，從而提高電源質(zhì)量。確保在印刷電路板 (PCB) 上使用正確的接地，并盡可能縮短走線長(zhǎng)度并遠(yuǎn)離 PCB 邊緣。此外，盡量減少 PCB 上的環(huán)路面積以減少輻射發(fā)射。

雙絞線電纜也有助于降低共模噪聲。

更多布局技巧

讓我們看一下典型 DC-DC 降壓轉(zhuǎn)換器的 PCB 布局，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。PCB 布局是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器最佳 EMI 性能的關(guān)鍵因素。在降壓轉(zhuǎn)換器中，由輸入電容器和電源接地形成的環(huán)路是最關(guān)鍵的區(qū)域。該環(huán)路將具有較大的瞬態(tài)電流，當(dāng)它們與走線電感發(fā)生反應(yīng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致高瞬態(tài)電壓。

設(shè)計(jì)人員必須注意此環(huán)路中的走線，這些走線必須寬而短。環(huán)路面積也必須盡可能小，以減少寄生電感(圖 3)。參考文獻(xiàn) 2 中給出了完整的布局指南。

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3. 輸入電流環(huán)路的走線必須寬而短。環(huán)路面積也應(yīng)盡可能小，以減少寄生電感。

避免 EMI 干擾

設(shè)計(jì)中的 EMI 可能會(huì)毀掉設(shè)計(jì)師的一天。當(dāng)電氣/電子系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)相互干擾時(shí)，就會(huì)出現(xiàn) EMI。這可能會(huì)導(dǎo)致電路嚴(yán)重中斷，從而導(dǎo)致影響附近電子設(shè)備的中斷。如本文所述，可以采用多種方法來(lái)最大限度地減少 EMI。