電源設計中即使是普通的直流到直流開關轉zhuan換huan器qi的de設she計ji都dou會hui出chu現xian一yi係xi列lie問wen題ti



，尤you其qi在zai高gao功gong率lv電dian源yuan設she計ji中zhong更geng是shi如ru此ci。除chu功gong能neng性xing考kao慮lv以yi外wai，工gong程cheng師shi必bi須xu保bao證zheng設she計ji的de魯lu棒bang性xing

，以yi符fu合he成cheng本ben目mu標biao要yao求qiu以yi及ji熱re性xing能neng和he空kong間jian限xian製zhi，當dang然ran同tong時shi還hai要yao保bao證zheng設she計ji的de進jin度du。另ling外wai
，出chu於yu產chan品pin規gui範fan和he係xi統tong性xing能neng的de考kao慮lv，電dian源yuan產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao（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)。
盡(jin)管(guan)本(ben)文(wen)所(suo)討(tao)論(lun)的(de)原(yuan)理(li)適(shi)用(yong)於(yu)廣(guang)泛(fan)的(de)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)，但(dan)我(wo)們(men)在(zai)此(ci)隻(zhi)關(guan)注(zhu)直(zhi)流(liu)到(dao)直(zhi)流(liu)的(de)轉(zhuan)換(huan)器(qi)，因(yin)為(wei)它(ta)的(de)應(ying)用(yong)相(xiang)當(dang)廣(guang)泛(fan)，幾(ji)乎(hu)每(mei)一(yi)位(wei)硬(ying)件(jian)工(gong)程(cheng)師(shi)都(dou)會(hui)接(jie)觸(chu)到(dao)與(yu)它(ta)相(xiang)關(guan)的(de)工(gong)作(zuo)，說(shuo)不(bu)定(ding)什(shen)麼(me)時(shi)候(hou)就(jiu)必(bi)須(xu)設(she)計(ji)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)器(qi)。本(ben)文(wen)中(zhong)我(wo)們(men)將(jiang)考(kao)慮(lv)與(yu)低(di)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)設(she)計(ji)相(xiang)關(guan)的(de)兩(liang)種(zhong)常(chang)見(jian)的(de)折(zhe)中(zhong)方(fang)案(an)

；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(you)Q1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（Q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Henry Ott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）。

圖2.Q1和Q2的波形

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

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／πtrdexieboyouhendayingxiang。buguo，cishibixuzaizengjiasanrehejiangdisunhaojianjinxingzhezhong。jinguanruci

，duizhexiecanshujiayikongzhirengshiyigehaofangfa，tayouzhuyuzaidianciganraoherexingnengjianqudepingheng。jutikeyitongguozengjiayigexiaozuzhidianzu（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
 

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。

haiyouyidianzhizhongyaode，xingaijindedianluchanshengdewentikenengbiyuanxiandehaiyaoyanzhong。huanjuhuashuo，jinguanyanchangguodushijiankeyijianshaodianciganrao，danqiyinqiderexiaoyingyesuizhichengweizhongyaodewenti。youyizhongkongzhidianciganraodefangfashiyongquanjichengdianyuanmokuaidaitichuantongdezhiliudaozhiliuzhuanhuanqi。dianyuanmokuaishihanyouquanjichenggonglvjingtiguanhediangandekaiguanwenyaqi，tahexianxingwenyaqiyiyangkeyihenqingsongdirongruxitongshejizhong。mokuaikaiguanjiediandehuilumianjiyuanxiaoyuxiangsichicundewenyaqihuokongzhiqi，dianyuanmokuaibingbushixinshengshiwu，tademianshiyijingyouyiduanshijianle，danshizhidaoxianzai，youyuyixiliewenti，mokuairengwufayouxiaosanre

，qieyijinganzhuanghoujiuwufagenggai。