中心議題：

• 電源轉換器的低EMI設計

解決方案

• 熱性能
  
  、電磁幹擾以及與PCB布局和電磁幹擾相關的方案

電源設計中即使是普通的直流到直流開關zhuanhuanqideshejidouhuichuxianyixiliewenti，youqizaigaogonglvdianyuanshejizhonggengshiruci。chugongnengxingkaolvyiwai

，gongchengshibixubaozhengshejidelubangxing，yifuhechengbenmubiaoyaoqiuyijirexingnenghekongjianxianzhi，dangrantongshihaiyaobaozhengshejidejindu。lingwai，chuyuchanpinguifanhexitongxingnengdekaolv，dianyuanchanshengdedianciganrao(EMI)必(bi)須(xu)足(zu)夠(gou)低(di)。不(bu)過(guo)，電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)水(shui)平(ping)卻(que)是(shi)設(she)計(ji)中(zhong)最(zui)難(nan)精(jing)確(que)預(yu)計(ji)的(de)項(xiang)目(mu)。有(you)些(xie)人(ren)甚(shen)至(zhi)認(ren)為(wei)這(zhe)簡(jian)直(zhi)是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)能(neng)做(zuo)的(de)最(zui)多(duo)就(jiu)是(shi)在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)進(jin)行(xing)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)
，尤(you)其(qi)在(zai)布(bu)局(ju)時(shi)。

jinguanbenwensuotaolundeyuanlishiyongyuguangfandedianyuansheji
，danwomenzaicizhiguanzhuzhiliudaozhiliudezhuanhuanqi

，yinweitadeyingyongxiangdangguangfan，jihumeiyiweiyingjiangongchengshidouhuijiechudaoyutaxiangguandegongzuo，shuobudingshenmeshihoujiubixushejiyigedianyuanzhuanhuanqi。benwenzhongwomenjiangkaolvyudidianciganraoshejixiangguandeliangzhongchangjiandezhezhongfangan;熱性能、電磁幹擾以及與PCB布局和電磁幹擾相關的方案尺寸等。文中我們將使用一個簡單的降壓轉換器做例子，如圖1所示。

　　

 　　圖1普通的降壓轉換器

在zai頻pin域yu內nei測ce量liang輻fu射she和he傳chuan導dao電dian磁ci幹gan擾rao，這zhe就jiu是shi對dui已yi知zhi波bo形xing做zuo傅fu裏li葉ye級ji數shu展zhan開kai，本ben文wen中zhong我wo們men著zhe重zhong考kao慮lv輻fu射she電dian磁ci幹gan擾rao性xing能neng。在zai同tong步bu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi中zhong

，引yin起qi電dian磁ci幹gan擾rao的de主zhu要yao開kai關guan波bo形xing是shi由youQ1和Q2產生的，也就是每個場效應管在其各自導通周期內從漏極到源極的電流di/dt。圖2所示的電流波形(Q1on和Q2on)不是很規則的梯形，但是我們的操作自由度也就更大
，因為導體電流的過渡相對較慢，所以可以應用HenryOtt經典著作《電子係統中的噪聲降低技術》中的公式1。我們發現
，對於一個類似的波形，其上升和下降時間會直接影響諧波振幅或傅裏葉係數(In)。

　

In=2IdSin(nπd)/nπd×Sin(nπtr/T)/nπtr/T(1)[page]

其中，n是諧波級次，T是周期，I是波形的峰值電流強度
，d是占空比
，而tr是tr或tf的最小值。

在實際應用中，極有可能會同時遇到奇次和偶次諧波發射。如果隻產生奇次諧波
，那麼波形的占空比必須精確為50%。而實際情況中極少有這樣的占空比精度。

諧波係列的電磁幹擾幅度受Q1和Q2的通斷影響。在測量漏源電壓VDS的上升時間tr和下降時間tf，或流經Q1和Q2的電流上升率di/dt時，可以很明顯看到這一點。這也表示，我們可以很簡單地通過減緩Q1或Q2的通斷速度來降低電磁幹擾水平。事實正是如此，延長開關時間的確對頻率高於f=1/πtr的de諧xie波bo有you很hen大da影ying響xiang。不bu過guo，此ci時shi必bi須xu在zai增zeng加jia散san熱re和he降jiang低di損sun耗hao間jian進jin行xing折zhe中zhong。盡jin管guan如ru此ci，對dui這zhe些xie參can數shu加jia以yi控kong製zhi仍reng是shi一yi個ge好hao方fang法fa
，它ta有you助zhu於yu在zai電dian磁ci幹gan擾rao和he熱re性xing能neng間jian取qu得de平ping衡heng。具ju體ti可ke以yi通tong過guo增zeng加jia一yi個ge小xiao阻zu值zhi電dian阻zu(通常小於5Ω)實現，該電阻與Q1和Q2的柵極串聯即可控製tr和tf，你也可以給柵極電阻串聯一個"關斷二極管"來獨立控製過渡時間tr或tf(見圖3)。這zhe其qi實shi是shi一yi個ge迭die代dai過guo程cheng
，甚shen至zhi連lian經jing驗yan最zui豐feng富fu的de電dian源yuan設she計ji人ren員yuan都dou使shi用yong這zhe種zhong方fang法fa。我wo們men的de最zui終zhong目mu標biao是shi通tong過guo放fang慢man晶jing體ti管guan的de通tong斷duan速su度du
，使shi電dian磁ci幹gan擾rao降jiang低di至zhi可ke接jie受shou的de水shui平ping
，同tong時shi保bao證zheng其qi溫wen度du足zu夠gou低di以yi確que保bao穩wen定ding性xing。

 

圖3用關聯二極管來控製過渡時間

開關節點的物理回路麵積對於控製電磁幹擾也非常重要。通常，出於PCB麵(mian)積(ji)的(de)考(kao)慮(lv)
，設(she)計(ji)者(zhe)都(dou)希(xi)望(wang)結(jie)構(gou)越(yue)緊(jin)湊(cou)越(yue)好(hao)
，但(dan)是(shi)許(xu)多(duo)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)並(bing)不(bu)知(zhi)道(dao)哪(na)部(bu)分(fen)布(bu)局(ju)對(dui)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)影(ying)響(xiang)最(zui)大(da)。回(hui)到(dao)之(zhi)前(qian)的(de)降(jiang)壓(ya)穩(wen)壓(ya)器(qi)例(li)子(zi)上(shang)，該(gai)例(li)中(zhong)有(you)兩(liang)個(ge)回(hui)路(lu)節(jie)點(dian)(如圖4和圖5所示)，它們的尺寸會直接影響到電磁幹擾水平。

圖4 降壓穩壓器模型1

圖5降壓穩壓器模型2[page]

Ott關於不同模式電磁幹擾水平的公式(2)示意了回路麵積對電路電磁幹擾水平產生的直接線性影響。

E=263×10-16(f2AI)(1/r)(2)

輻射場正比於下列參數：涉及的諧波頻率(f
，單位Hz)、回路麵積(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，然後在Q1導通期間流向Q1

，再通過L1進入輸出電容器，最後返回輸入電容器中。

當Q1關斷、Q2導通時，就形成了第二個回路。之後存儲在L1內的能量流經輸出電容器和Q2
，如圖5所示。這些回路麵積控製對於降低電磁幹擾是很重要的
，在PCB走線布線時就要預先考慮清器件的布局問題。當然，回路麵積能做到多小也是有實際限製的。

從公式2可以看出
，減小開關節點的回路麵積會有效降低電磁幹擾水平。如果回路麵積減小為原來的3倍
，電磁幹擾會降低9.5dB，如果減小為原來的10倍，則會降低20dB。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麵積著手，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的兩麵，因為通孔會使電感顯著增高，進而帶來其他問題。

恰qia當dang放fang置zhi高gao頻pin輸shu入ru和he輸shu出chu電dian容rong器qi的de重zhong要yao性xing常chang被bei忽hu略lve。若ruo幹gan年nian以yi前qian，我wo所suo在zai的de公gong司si曾zeng把ba我wo們men的de產chan品pin設she計ji轉zhuan讓rang給gei國guo外wai製zhi造zao商shang。結jie果guo，我wo的de工gong作zuo職zhi責ze也ye發fa生sheng了le很hen大da變bian化hua，我wo成cheng了le一yi名ming顧gu問wen，幫bang助zhu電dian源yuan設she計ji新xin手shou解jie決jue文wen中zhong提ti到dao的de一yi係xi列lie需xu要yao權quan衡heng的de事shi宜yi及ji其qi他ta眾zhong多duo問wen題ti。這zhe裏li有you一yi個ge含han有you集ji成cheng鎮zhen流liu器qi的de離li線xian式shi開kai關guan的de設she計ji例li子zi：設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)希(xi)望(wang)降(jiang)低(di)最(zui)終(zhong)功(gong)率(lv)級(ji)中(zhong)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。我(wo)隻(zhi)是(shi)簡(jian)單(dan)地(di)將(jiang)高(gao)頻(pin)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)器(qi)移(yi)動(dong)到(dao)更(geng)靠(kao)近(jin)輸(shu)出(chu)級(ji)的(de)位(wei)置(zhi)，其(qi)回(hui)路(lu)麵(mian)積(ji)就(jiu)大(da)約(yue)隻(zhi)剩(sheng)原(yuan)來(lai)的(de)一(yi)半(ban)，而(er)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)就(jiu)降(jiang)低(di)了(le)約(yue)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"
，而事實上我們隻是減小了開關節點的回路麵積。