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解讀電源模塊簡化低EMI設計方案

首先要明白什么是EMI；EMI就是電磁干擾，電磁干擾分為傳導電磁干擾（Conducted EMI）和輻射電磁干擾（Radiated EMI）。在設計開關電源的時候，必須考慮EMI。

在設計開關電源時，您可能聽說過電磁干擾（EMI）越來越多的應用必須通過EMI標準，制造商才獲得商業轉售批準。開關電源意味著器件內部有電子開關，EMI可通過它產生輻射。
　　本文將介紹開關電源中EMI的以及降低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
　　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，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LMR23630SIMPLE 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5.輸入引腳和輸入電容器之間環路面積（紅色矩形）較大的錯誤布局示例。在IC和電感器之間形成第二個環路區域（橢圓形紅色形狀）。
　　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。
　　圖6中曲線圖的紅線表示不良布局的EMI輻射。藍線表示采用相同EVM的良好布局的EMI輻射。修改一個環路面積會產生巨大的影響。LMR23630轉換器的EMI輻射水平可降低20 dBμV/m以上。容－源－電－子－網－為你提供技術支持

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