寄生電容耦合到電源:如何避免傳導EMI問題
發布時間:2016-08-25 責任編輯:susan
【導讀】電磁幹擾EMI中(zhong)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)產(chan)生(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)是(shi)通(tong)過(guo)導(dao)線(xian)或(huo)公(gong)共(gong)電(dian)源(yuan)線(xian)進(jin)行(xing)傳(chuan)輸(shu),互(hu)相(xiang)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao)稱(cheng)為(wei)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)。傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)給(gei)不(bu)少(shao)電(dian)子(zi)工(gong)程(cheng)師(shi)帶(dai)來(lai)困(kun)惑(huo),如(ru)何(he)解(jie)決(jue)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)?這(zhe)裏(li),我(wo)們(men)先(xian)著(zhe)重(zhong)討(tao)論(lun)當(dang)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)直(zhi)接(jie)耦(ou)合(he)到(dao)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)電(dian)線(xian)時(shi)會(hui)發(fa)生(sheng)的(de)情(qing)況(kuang)。
1.隻需幾fF的雜散電容就會導致EMI掃描失敗。從本質上講,開關電源具有提供高 dV/dt 的節點。寄生電容與高 dV/dt 的混合會產生 EMI 問題。在寄生電容的另一端連接至電源輸入端時,會有少量電流直接泵送至電源線。
2.查zha看kan電dian源yuan中zhong的de寄ji生sheng電dian容rong。我wo們men都dou記ji得de物wu理li課ke上shang講jiang過guo,兩liang個ge導dao體ti之zhi間jian的de電dian容rong與yu導dao體ti表biao麵mian積ji成cheng正zheng比bi,與yu二er者zhe之zhi間jian的de距ju離li成cheng反fan比bi。查zha看kan電dian路lu中zhong的de每mei個ge節jie點dian,並bing特te別bie注zhu意yi具ju有you高gao dV/dt 的節點。想想電路布局中該節點的表麵積是多少,節點距離電路板輸入線路有多遠。開關 MOSFET 的漏極和緩衝電路是常見的罪魁禍首。
3.減小表麵麵積有技巧。試著盡量使用表麵貼裝封裝。采用直立式 TO-220 封裝的 FET 具有極大的漏極選項卡 (drain tab) 表麵麵積,可惜的是它通常碰巧是具有最高 dV/dt 的節點。嚐試使用表麵貼裝 DPAK 或 D2PAK FET 取代。在 DPAK 選項卡下麵的低層 PCB 上安放一個初級接地麵板,就可良好遮蔽 FET 的底部,從而可顯著減少寄生電容。
有時候表麵麵積需要用於散熱。如果您必須使用帶散熱片的 TO-220 類 FET,嚐試將散熱片連接至初級接地(而不是大地接地)。這樣不僅有助於遮蔽 FET,而且還有助於減少雜散電容。
4.讓開關節點與輸入連接之間拉開距離。見圖 1 中的設計實例,其中我忽視了這個簡單原則。

圖1.讓輸入布線與具有高 dV/dt 的節點靠得太近會增加傳導 EMI。
我通過簡單調整電路板(無電路變化),將噪聲降低了大約 6dB。見圖 2 和圖 3 的測量結果。在有些情況下,接近高 dV/dt 進行輸入線路布線甚至還可擊壞共模線圈 (CMC)。

圖2.從電路板布局進行 EMI 掃描,其中 AC 輸入與開關電路距離較近

圖3.從電路板布局進行 EMI 掃描,其中 AC 輸入與開關電路之間距離較大
你是否有過在顯著加強輸入濾波器後 EMI 改善效果很小甚至沒有改善的這種遭遇?這很有可能是因為有一些來自某個高 dV/dt 節點的雜散電容直接耦合到輸入線路,有效繞過了你的 CMC。為了檢測這種情況,可臨時短路 PCB 上 CMC 的繞組,並將一個二級 CMC 與電路板的輸入電線串聯。如果有明顯改善,你需要重新布局電路板,並格外注意輸入連接的布局與布線。
現在,我們來看看共模 EMI 問題的最常見來源:電源變壓器。
該問題由一次繞組和二次繞組間的寄生電容以及一次繞組的高 dV/dt 引(yin)起(qi)。這(zhe)個(ge)繞(rao)組(zu)間(jian)的(de)電(dian)容(rong)可(ke)起(qi)到(dao)充(chong)電(dian)泵(beng)的(de)作(zuo)用(yong),導(dao)致(zhi)雜(za)散(san)電(dian)流(liu)流(liu)到(dao)通(tong)常(chang)連(lian)接(jie)至(zhi)接(jie)地(di)的(de)二(er)次(ci)側(ce)。這(zhe)裏(li)有(you)四(si)個(ge)可(ke)最(zui)大(da)限(xian)度(du)減(jian)少(shao)該(gai)問(wen)題(ti)的(de)常(chang)見(jian)技(ji)巧(qiao)。
1.進行一次繞組,使最高dV/dt出現在外層上。電壓電勢會隨每個匝數變化。例如在反激拓撲中,最大的電壓擺幅出現在連接 FET 漏極的一端(見圖 1)。讓“靜音”層臨近最近的二次層,可最大限度地降低在整個繞組間電容上出現的 dV/dt。采cai用yong這zhe種zhong技ji術shu,應ying該gai明ming確que外wai部bu繞rao組zu可ke能neng已yi成cheng了le有you問wen題ti的de噪zao聲sheng源yuan,其qi可ke能neng會hui耦ou合he至zhi變bian壓ya器qi附fu近jin的de其qi它ta目mu標biao。外wai部bu繞rao組zu周zhou圍wei可ke能neng需xu要yao一yi個ge屏ping蔽bi繞rao組zu。
2.在(zai)一(yi)次(ci)繞(rao)組(zu)和(he)二(er)次(ci)繞(rao)組(zu)之(zhi)間(jian)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)屏(ping)蔽(bi)繞(rao)組(zu)。插(cha)入(ru)一(yi)個(ge)一(yi)端(duan)連(lian)接(jie)至(zhi)輸(shu)入(ru)或(huo)輸(shu)入(ru)返(fan)回(hui)端(duan)的(de)單(dan)層(ceng)繞(rao)組(zu),可(ke)使(shi)雜(za)散(san)電(dian)流(liu)離(li)開(kai)二(er)次(ci)繞(rao)組(zu)並(bing)返(fan)回(hui)至(zhi)源(yuan)頭(tou)。這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)的(de)代(dai)價(jia)是(shi)略(lve)微(wei)增(zeng)加(jia)了(le)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)設(she)計(ji)複(fu)雜(za)性(xing),並(bing)增(zeng)加(jia)了(le)漏(lou)電(dian)感(gan)。
3.在一次接地到二次接地之間使用一個“Y電容器”。該(gai)電(dian)容(rong)器(qi)可(ke)為(wei)雜(za)散(san)電(dian)流(liu)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)回(hui)到(dao)一(yi)次(ci)接(jie)地(di)的(de)較(jiao)低(di)阻(zu)抗(kang)路(lu)徑(jing)。電(dian)源(yuan)中(zhong)的(de)這(zhe)條(tiao)本(ben)地(di)路(lu)徑(jing)可(ke)防(fang)止(zhi)這(zhe)些(xie)電(dian)流(liu)找(zhao)到(dao)另(ling)外(wai)一(yi)條(tiao)通(tong)過(guo)接(jie)地(di)回(hui)到(dao)源(yuan)頭(tou)的(de)路(lu)徑(jing)。但(dan)是(shi),對(dui)於(yu)能(neng)使(shi)用(yong)多(duo)大(da)的(de)電(dian)容(rong),這(zhe)裏(li)有(you)一(yi)定(ding)安(an)全(quan)限(xian)製(zhi)。
4.添加一個共模線圈。有時候所提到的其它技術不足以將 EMI jiangdidaosuoxushuipingzhixia。tianjiayigegongmoxianquan,bujinkezengjiagongmozukang,erqiehaiduijiangdichuandaozaoshengfeichangyouxiao。danzheyanghuichanshengfujiazujianchengben。zaixuanzegongmoxianquanshi,yaozhuyijianzhaxiangduiyupinlvdezukangquxian。zaimouzhongqingkuangxia,suoyouxianquandouhuiyinqizishenderaozujiandianrongwentierzhuanbianchengdianrongxing。
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