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        使用電源模塊簡化低EMI設計

        作者:Michael Daimer 時間:2018-10-17 來源:電子產品世界 收藏

          在設計時,您可能聽說過電磁干擾()

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/201810/393034.htm

          越來越多的應用必須通過標準,制造商才獲得商業轉售批準。意味著器件內部有電子開關,可通過它產生輻射。

          本文將介紹中EMI的來源以及降低EMI的方法或技術。本文還將向您展示電源模塊(控制器、高側和低側FET及電感器封裝為一體)如何幫助降低EMI。

          開關電源中EMI的來源

          首先,必須尊重物理定律。根據麥克斯韋方程組,交流電可產生電磁場。每個電導體中均會出現這種現象,其自身帶有一些可以形成振蕩電路的電容和電感。該振蕩電路以特定頻率(f=1/(2*π*sqrt(LC)))將電磁能輻射到空間中。該電路充當電磁能的發射器,但也可以接收電磁能并充當接收器。天線設計是為了最大化傳輸或接收能量。

          但并非每個應用都應該像天線一樣,而且這種設計可能會產生負面影響。例如,開關降壓電源設計用于將較高的電壓轉換為較低的電壓,但它們同時也充當了(有害的)電磁波發射器,可能干擾其他應用,例如干擾AM頻段。這種效應稱為EMI。

          為了確保功能正常運行,最大限度地減少EMI源非常重要。國際無線電干擾特別委員會(CISPR)定義了各種標準,如作為汽車電氣應用基準的CISPR 25,以及針對信息技術設備的CISPR 22。

          如何降低電源設計的EMI輻射呢?一種方法是用金屬完全屏蔽開關電源。但在大多數應用中,由于成本和空間的原因,這種方法無法實現。一種更好的方法是減少和優化EMI源。許多文獻已經詳細討論了這一專題;本文推薦了兩種方式。

          讓我們回顧一下開關電源中EMI的主要來源,以及為什么電源模塊可以幫助您輕松降低EMI。

          減小布局中的電流環路

          顧名思義,開關電源是用來進行轉換的。它們的作用是以幾百千赫到幾兆赫的頻率打開和關閉輸入電壓。這就導致了快速電流轉換(dI/dt)和快速電壓轉換(dV/dt)。根據麥克斯韋方程組,交流電流和電壓產生交變電磁場。這些電磁場從其原點徑向擴散,它們的強度隨距離而降低。

          圖1.來自開關電源的EMI會對負載和主電源產生影響。

          圖2.在輸入端、開關和輸入電容器之間形成臨界電流環路。

          圖3.減小環路區域有助于降低EMI

          磁場和電場會干擾應用的導電部件(例如,印刷電路板[PCB]上的銅跡線,就像天線一樣)并在線路上產生額外的噪聲,這樣又會導致發生EMI(見圖1)。實際上幾瓦功率的轉換就會擴大EMI的輻射范圍。

          圖4.引腳排列有助于減小環路面積。左圖:優化的引腳排列;右圖:非優化布局,幾乎無法形成良好的布局。

          輻射的電磁能與其流過的電流量(I)和環路面積(A)成正比。減小交流電流和電壓環路的面積有助于降低EMI(見圖2和圖3)。

          著眼于引腳排列(見圖4)可以幫助您通過減小高dI/dt環路面積來更好地設計良好布局。例如,開關節點能夠引發高電流變化(dI)和高電壓轉換(dV)。良好的引腳排列可以分離噪聲敏感引腳和噪聲引腳。開關節點和啟動引腳應盡可能遠離噪聲敏感型反饋引腳。此外,輸入引腳和接地引腳應相鄰。這樣便簡化了PCB上的布線和輸入電容器的放置。

          圖5顯示了LMR23630 SIMPLE SWITCHER?轉換器的改進評估模塊(EVM)。兩個輸入電容器距離輸入引腳約2.5厘米。之所以如此排列,是為了模擬不良布局,因為電流環路區域(圖5中的紅色矩形)比數據表所要求和建議的要大。圖5中的橢圓形紅色形狀表示轉換器和電感器之間的開關節點。IC和電感器之間的環路面積越小越好。

          圖6中的曲線圖顯示了LMR23630轉換器的EMI輻射,其中只有VIN、GND和輸入電容器之間形成的環路面積不同。良好的布局中電容器盡可能靠近輸入引腳和接地引腳(環路面積盡可能地小)。而不良的布局中輸入電容器距離輸入引腳2.5厘米,從而形成一個較大的環路面積。

          圖6.LMR23630轉換器輸入電容布局對EMI輻射的影響。


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        關鍵詞: EMI 開關電源

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