中心議題：

• 電源轉換器的低EMI設計

解決方案

• 熱性能、電磁幹擾以及與PCB布局和電磁幹擾相關的方案

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。

jinguanbenwensuotaolundeyuanlishiyongyuguangfandedianyuansheji，danwomenzaicizhiguanzhuzhiliudaozhiliudezhuanhuanqi，yinweitadeyingyongxiangdangguangfan
，jihumeiyiweiyingjiangongchengshidouhuijiechudaoyutaxiangguandegongzuo，shuobudingshenmeshihoujiubixushejiyigedianyuanzhuanhuanqi。benwenzhongwomenjiangkaolvyudidianciganraoshejixiangguandeliangzhongchangjiandezhezhongfangan;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(Q1on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HenryOtt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)。

　

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

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/πtr的de諧xie波bo有you很hen大da影ying響xiang。不bu過guo

，此ci時shi必bi須xu在zai增zeng加jia散san熱re和he降jiang低di損sun耗hao間jian進jin行xing折zhe中zhong。盡jin管guan如ru此ci，對dui這zhe些xie參can數shu加jia以yi控kong製zhi仍reng是shi一yi個ge好hao方fang法fa，它ta有you助zhu於yu在zai電dian磁ci幹gan擾rao和he熱re性xing能neng間jian取qu得de平ping衡heng。具ju體ti可ke以yi通tong過guo增zeng加jia一yi個ge小xiao阻zu值zhi電dian阻zu(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)。zheqishishiyigediedaiguocheng
，shenzhilianjingyanzuifengfudedianyuanshejirenyuandoushiyongzhezhongfangfa。womendezuizhongmubiaoshitongguofangmanjingtiguandetongduansudu
，shidianciganraojiangdizhikejieshoudeshuiping
，tongshibaozhengqiwenduzugoudiyiquebaowendingxing。

 

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[page]

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20dB。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。

qiadangfangzhigaopinshuruheshuchudianrongqidezhongyaoxingchangbeihulve。ruogannianyiqian，wosuozaidegongsizengbawomendechanpinshejizhuanranggeiguowaizhizaoshang。jieguo，wodegongzuozhizeyefashenglehendabianhua，wochengleyimingguwen，bangzhudianyuanshejixinshoujiejuewenzhongtidaodeyixiliexuyaoquanhengdeshiyijiqitazhongduowenti。zheliyouyigehanyoujichengzhenliuqidelixianshikaiguandeshejilizi：shejirenyuanxiwangjiangdizuizhonggonglvjizhongdedianciganrao。wozhishijiandandijianggaopinshuchudianrongqiyidongdaogengkaojinshuchujideweizhi，qihuilumianjijiudayuezhishengyuanlaideyiban


，erdianciganraojiujiangdileyue6dB。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。