電源模塊的電磁干擾設計

　　開關節點的物理回路面積對于控制電磁干擾也非常重要。通常，出于PCB面積的考慮，設計者都希望結構越緊湊越好，但是許多設計人員并不知道哪部分布局對電磁干擾的影響最大。回到之前的降壓穩壓器例子上，該例中有兩個回路節點（如圖4和圖5所示），它們的尺寸會直接影響到電磁干擾水平。

圖4 降壓穩壓器模型1

圖5 降壓穩壓器模型2

　　Ott關于不同模式電磁干擾水平的公式（2）示意了回路面積對電路電磁干擾水平產生的直接線性影響。

　　E=263×10-16(f2AI)(1/r) (2)

　　輻射場正比于下列參數：涉及的諧波頻率（f，單位Hz）、回路面積（A，單位m2）、電流（I）和測量距離（r，單位m）。

　　此概念可以推廣到所有利用梯形波形進行電路設計的場合，不過本文僅討論電源設計。參考圖4中的交流模型，研究其回路電流流動情況：起點為輸入電容器，然后在Q1導通期間流向Q1，再通過L1進入輸出電容器，最后返回輸入電容器中。

　　當Q1關斷、Q2導通時，就形成了第二個回路。之后存儲在L1內的能量流經輸出電容器和Q2，如圖5所示。這些回路面積控制對于降低電磁干擾是很重要的，在PCB走線布線時就要預先考慮清器件的布局問題。當然，回路面積能做到多小也是有實際限制的。

　　從公式2可以看出，減小開關節點的回路面積會有效降低電磁干擾水平。如果回路面積減小為原來的3倍，電磁干擾會降低9.5dB，如果減小為原來的10倍，則會降低20 dB。設計時，最好從最小化圖4和圖5所示的兩個回路節點的回路面積著手，細致考慮器件的布局問題，同時注意銅線連接問題。盡量避免同時使用PCB的兩面，因為通孔會使電感顯著增高，進而帶來其他問題。

　　恰當放置高頻輸入和輸出電容器的重要性常被忽略。若干年以前，我所在的公司曾把我們的產品設計轉讓給國外制造商。結果，我的工作職責也發生了很大變化，我成了一名顧問，幫助電源設計新手解決文中提到的一系列需要權衡的事宜及其他眾多問題。這里有一個含有集成鎮流器的離線式開關的設計例子：設計人員希望降低最終功率級中的電磁干擾。我只是簡單地將高頻輸出電容器移動到更靠近輸出級的位置，其回路面積就大約只剩原來的一半，而電磁干擾就降低了約6dB。而這位設計者顯然不太懂得其中的道理，他稱那個電容為“魔法帽子”，而事實上我們只是減小了開關節點的回路面積。

　　還有一點至重要的，新改進的電路產生的問題可能比原先的還要嚴重。換句話說，盡管延長過渡時間可以減少電磁干擾，但其引起的熱效應也隨之成為重要的問題。有一種控制電磁干擾的方法是用全集成電源模塊代替傳統的直流到直流轉換器。電源模塊是含有全集成功率晶體管和電感的開關穩壓器，它和線性穩壓器一樣可以很輕松地融入系統設計中。模塊開關節點的回路面積遠小于相似尺寸的穩壓器或控制器，電源模塊并不是新生事物，它的面世已經有一段時間了，但是直到現在，由于一系列問題，模塊仍無法有效散熱，且一經安裝后就無法更改。