小功率便攜式電子產品目前常用鋰電池和Boost(Buck)芯片給MCU、Audio以及顯示屏等器件供電。此類產品通常使用適配器供電，設計要求充電部分工作時
，必須通過測試並符合 EMC標biao準zhun。一yi般ban來lai說shuo，為wei了le提ti高gao係xi統tong工gong作zuo效xiao率lv
，鋰li電dian池chi充chong電dian芯xin片pian都dou是shi基ji於yu開kai關guan工gong作zuo方fang式shi，類lei似si一yi個ge開kai關guan電dian源yuan
，另ling外wai，可ke能neng其qi他ta的de開kai關guan電dian源yuan芯xin片pian在zai同tong時shi工gong作zuo，器qi件jian均jun為wei開kai關guan工gong作zuo方fang式shi，提ti高gao了le工gong作zuo效xiao率lv

，同tong時shi引yin入ru了le輻fu射she問wen題ti

，這zhe也ye是shi電dian子zi產chan品pin設she計ji過guo程cheng中zhong的de常chang見jian問wen題ti。本ben文wen基ji於yu一yi個ge產chan品pin設she計ji實shi例li（用BQ24133單電池充電電路和LM3478升壓電路），對設計過程中曾經遇到的輻射難題進行了詳盡的分析。確定騷擾源
，找出耦合路徑
，最終給出解決問題的方法，以供大家作參考。

 

 

實際的產品開發中，便攜式產品的EMI測試是用適配器給產品充電，有其他外接設備連接也需要在測試時接上。下麵以一個實際產品的開發為例
，說明這類產品設計的EMI設計要注意的問題
，以及遇到輻射發射超標，如何來分析問題產生的原因。並找出解決問題的辦法。

 

 

如下圖1是一個Audio產品的電源部分的原理圖,這個產品有一個charger芯片BQ24133，在這個應用中設置最大充電電流2A。有一個Boost芯片LM3478
，把電池電壓升壓到10V給Audio 芯片供電
，滿載電流1A，另外一個Boost芯片LM3478
，把電池電壓升到5V，給iphone或者 ipad充電，最大電流2A。適配器的直流輸出線規格是1.5米
，手機充電的電源線約0.5米，整個PCB板麵積大概12mm×8mm，設計為兩層板。

圖1：Audio供電回路圖

 

 

這類便攜式產品要求通過標準EN55022，Class B。這個產品的初版樣機在輻射發射測試時（未接手機），輻射發射30M到300M頻段嚴重超標，在200MHZ左右
，超標20DB以上。

 

 

首先
，先分析輻射超標產生的原因，我們知道EMC三要素，騷擾源，耦合路徑和敏感設備。這個產品中開關方式工作的器件無疑是騷擾源，也就是BQ24133(開關頻率1.6MHZ)和兩個 LM3478（開關頻率400KHZ）。再看耦合路徑
，30M到300M頻(pin)段(duan)對(dui)應(ying)的(de)波(bo)長(chang)是(shi)一(yi)米(mi)到(dao)十(shi)米(mi)，如(ru)果(guo)要(yao)發(fa)射(she)一(yi)定(ding)波(bo)長(chang)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)
，需(xu)要(yao)一(yi)根(gen)發(fa)射(she)天(tian)線(xian)，成(cheng)為(wei)天(tian)線(xian)的(de)必(bi)要(yao)條(tiao)件(jian)是(shi)長(chang)度(du)至(zhi)少(shao)要(yao)大(da)於(yu)波(bo)長(chang)的(de)二(er)十(shi)分(fen)之(zhi)一(yi)
，當(dang)天(tian)線(xian)是(shi)電(dian)磁(ci)波(bo)半(ban)波(bo)長(chang)的(de)整(zheng)數(shu)倍(bei)時(shi)
，發(fa)射(she)功(gong)率(lv)最(zui)大(da)。滿(man)足(zu)以(yi)上(shang)條(tiao)件(jian)能(neng)成(cheng)為(wei)天(tian)線(xian)的(de)導(dao)線(xian)就(jiu)是(shi)幾(ji)根(gen)外(wai)接(jie)線(xian)，最(zui)有(you)可(ke)能(neng)的(de)是(shi)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)線(xian)和(he)地(di)線(xian)。分(fen)析(xi)layout 設計，發現產品設計時，隻用了一個地，在整個PCB的兩層均大麵積鋪地，並且與適配器的地線連接在一起，加上手機的充電導線，構成一根超過兩米長的地線。另外BQ24133充電電路和兩個LM3478的升壓電路底下也是大麵積的鋪地
，造成高頻幹擾直接耦合到地平麵
，通過長的地線發射出來。

 

 

針對以上分析，做了整改。由於是便攜式音頻設備，沒有PE線，無法使用Y電容，客戶也不希望使用共模電感增加成本
，所以主要優化layout。采取了以下措施：

 

 

1)將每個電源回路梳理，將模擬地和數字地分開
，每個單元電路不要相互交叉。BQ24133 的數字地和模擬地分開走線，在芯片下通過一個0歐姆電阻的單點接。另外
，BQ24133的功率地最好跟整個產品的地適當分割，單點連接。

2)減小諧波回路麵積，對LM3478，如圖，MOS管開通時，Cin，L和MOS構成一個回路對電感充電
，請看圖2（a）的Cycle1。MOS管關斷時，Cin，L
，D，Cout構成另一個回路對電感放電，請看圖2（b）中的 Cycle2。對於二極管D
，交替工作在正向導通和反向截止的狀態，因此，有很高的反向恢複尖峰電壓，需要在二極管兩端加Snubber電路來抑製這個尖峰電壓
，以避免產生過大的共模噪聲。這兩個回路的工作頻率是MOSdekaiguanpinlv，xiebofenliangda
，bubanshiyaojinliangjianxiaoxiebohuiludemianji。yaobazhelianggegonglvhuiludeqijiankaojinfangzhi，zoudatongpikuanzouxian，jianxiaokaiguanpinlvxiebodehuiluzukang。

圖2：LM3478工作原理圖

 

BQ24133實質是一個Buck回路。也有類似的問題。請看圖3，BQ24133工作原理圖，輸入電容C1
，整流管開通
，續流管關斷，整流管電感和負載構成一個高頻回路

，有很高的dI/dT。另外，整流管關斷，續流管開通時，電感電流通過續流管續流（在重載時續流管工作在電感電流連續模式）
， 電感電流沒有減小到零時整流管又會開通，這是續流管被強製加反向電壓而截止，產生很高的反向恢複電壓尖峰（雖然是同步整流
，由於死區的存在，死區時間內仍然是二極管整流）
，這會導致比較大的共模噪聲，所以需要在SW對PGND加Snubber電路來抑製續流管的反向尖峰。因此
，輸入濾波電容C1、電感L1和輸出濾波電容C2應盡量靠近芯片布置，減小高頻回路麵積。功率回路走線應走大銅皮寬走線，減小諧波阻抗，最好都布置在PCB的同層
，Snubber放置在緊靠下管的位置。

圖3：BQ24133高頻電流回路圖

 

總的來說，LM3478和BQ24133的輸入輸出走整塊大銅皮
，將輸入電容和輸出電容緊靠功率開關管，使回路圍成的麵積最小。選擇ESR較(jiao)小(xiao)的(de)電(dian)容(rong)，由(you)於(yu)成(cheng)本(ben)原(yuan)因(yin)
，這(zhe)類(lei)產(chan)品(pin)用(yong)的(de)電(dian)容(rong)都(dou)比(bi)較(jiao)差(cha)

，這(zhe)個(ge)項(xiang)目(mu)原(yuan)來(lai)用(yong)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)，建(jian)議(yi)多(duo)增(zeng)加(jia)些(xie)瓷(ci)片(pian)電(dian)容(rong)組(zu)合(he)使(shi)用(yong)

，這(zhe)樣(yang)在(zai)低(di)成(cheng)本(ben)下(xia)獲(huo)得(de)好(hao)的(de)效(xiao)果(guo)。這(zhe)樣(yang)使(shi)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de)諧(xie)波(bo)回(hui)路(lu)盡(jin)量(liang)小(xiao)，諧(xie)波(bo)阻(zu)抗(kang)盡(jin)量(liang)小(xiao)，可(ke)以(yi)減(jian)小(xiao)回(hui)路(lu)對(dui)外(wai)的(de)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)。

 

3) 上麵提到在BQ24133的下管加Snubber電路（加在SW和PGND之間），在LM3478的續流二極管加Snubber電路。Snubber電路緊貼開關管管腳

，加寬走線，高頻諧波就近旁路。 首先可以先預放一個2-3ohm的電阻
，電容取500-1000pF。在輻射測試中，如果裕量不足或者超規格
，就適當增加RC

，以吸收更多的高頻能量，如果裕量過大

，應減小RC的值以提高效率。

 

4) 對於兩層板來說，將電感和MOS等功率器件和功率器件之間走線下麵的GND銅皮去掉或者減小。降低開關管到GND的分布電容，減小共模耦合。

 

 

一般來說，如果條件允許，盡可能把電源回路跟其他電路在布局上適當分開。例如，把電源類器件布置在PCB左側，跟其他電路適當留隔離帶。輸出線和端子盡量遠離開關管，電感等器件。在諧波較大的回路上，注意PCB走線避免用銳角，盡量倒鈍角或走圓角。

 

 

對dui於yu多duo節jie電dian池chi，充chong電dian功gong率lv增zeng加jia
，電dian池chi輸shu出chu線xian盡jin量liang減jian小xiao長chang度du，避bi免mian電dian池chi線xian變bian成cheng輻fu射she天tian線xian。另ling外wai，可ke考kao慮lv適shi當dang增zeng加jia共gong模mo電dian感gan來lai抑yi製zhi電dian池chi線xian共gong模mo幹gan擾rao。

 

 

建議客戶輻射測試時用蓄電池加1.5米線做輸入源，排除Adapter造成的幹擾。另外，測試中調整Snubber參數，在效率和EMI中取得一個平衡點,RC的值不能加的過大
，以免導致IC 過熱。所以
，幹擾源噪聲比較大時，要考慮多種措施同時使用，以取得最優的效果。

 

 

經過整改後
，優化了layout，順利通過了輻射測試。從這個項目
，總結一些經驗。首先，確定騷擾源和發射天線，增加Snubber電路吸收騷擾源的高頻諧波。其次
， 判斷耦合路徑，重點通過優化layout，使諧波就近通過電容旁路，減少騷擾源的高頻騷擾到外接長線的耦合。EMC設計的本質

，就是如何處理好諧波的問題。