現(xiàn)代電子系統(tǒng)正變得越來越密集，集成度越來越高。本文將介紹一些經(jīng)過實踐檢驗的降低電源系統(tǒng)設(shè)計中電磁干擾 (EMI) 水平的方法。設(shè)計人員在設(shè)計階段的后期必須意識到嚴重的 EMI 問題，否則可能會導致過多的金錢和時間成本。

本文討論如何在濾波器尺寸和成本方面改善 EMI，同時減少設(shè)計時間和復雜性，尤其是在開關(guān)模式電源 (SMPS) 中。

功率金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 中的開關(guān)效應是系統(tǒng)中重要的 EMI 源。這種效應最終會影響系統(tǒng)可靠性。

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

SMPS 中的 EMI 來源

EMI 問題無法在電路設(shè)計階段的后期得到解決，因為它可能會導致成本和時間的浪費。

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

德州儀器

1. 圖中顯示的是 SMPS 中 EMI 源的一個典型示例(德州儀器提供)

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

上述規(guī)則已在行業(yè)標準規(guī)范中得到充分確立，例如針對汽車行業(yè)的國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 25 和針對多媒體設(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)計師必須了解每個特定應用的適用標準。了解如何測量 EMI 也很重要，因為這些知識將使工程師更好地了解如何降低 EMI。

在涉及長線束的汽車設(shè)計中，傳導 EMI 與最新車輛中線束數(shù)量的增加有關(guān)。預防或減輕 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，電纜也應屏蔽，以防止外部 EMI 影響敏感元件。

過濾

使用濾波器消除不需要的信號。無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進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) 傳導輻射，因為它可以充當非常有效的低阻抗分流器(圖 2)。

德州儀器

2. 這是一個帶有感應器、補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。當系統(tǒng)正確接地時，EMI 會從關(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度并遠離 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，這對于實現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。PCB 布局是實現(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，當它們與走線電感發(fā)生反應時會導致高瞬態(tài)電壓。

設(shè)計人員必須注意此環(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 2 中給出了完整的布局指南。

德州儀器

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

避免 EMI 干擾

設(shè)計中的 EMI 可能會毀掉設(shè)計師的一天。當電氣/電子系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁場相互干擾時，就會出現(xiàn) EMI。這可能會導致電路嚴重中斷，從而導致影響附近電子設(shè)備的中斷。如本文所述，可以采用多種方法來最大限度地減少 EMI。