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必備的電源設(shè)計技巧:如何解決電磁干擾問題?

發(fā)布時間:2015-03-13 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】本文介紹電源工程師必須具備的設(shè)計技巧,即如何解決電磁干擾問題,避免EMI性能被毀掉。在開關(guān)電源研發(fā)設(shè)計中,從開關(guān)節(jié)點到輸入引線的少量寄生電容(100毫微微法拉),會讓你無法滿足電磁干擾(EMI)需求。怎么辦呢?
 
一般情況下,100fF電容器不多。即使有,它們也會因寄生問題而提供寬泛的容差。不過在你的電源中很容易找到作為寄生元件的100fF電容器。只有處理好它們才能獲得符合EMI標(biāo)準(zhǔn)的電源。
 
圖1是這些非計劃中電容的一個實例。圖中的右側(cè)是一個垂直安裝的FET,所帶的開關(guān)節(jié)點與鉗位電路延伸至了圖片的頂部。輸入連接從左側(cè)進入,到達距漏極連接1cm以內(nèi)的位置。這就是故障點,在這里FET的開關(guān)電壓波形可以繞過EMI濾波器耦合至輸入。
 
 
圖1:開關(guān)節(jié)點與輸入連接臨近,會降低EMI性能
  
注意,漏極連接與輸入引線之間有一些由輸入電容器提供的屏蔽。該電容器的外殼連接至主接地,可為共模電流提供返回主接地的路徑。如圖2所示,這個微小的電容會導(dǎo)致電源EMI簽名超出規(guī)范要求。
 
 
圖2:寄生漏極電容導(dǎo)致超出規(guī)范要求的EMI性能
  
這是一條令人關(guān)注的曲線,因為它反映出了幾個問題:明顯超出了規(guī)范要求的較低頻率輻射、共模問題通常很明顯的1MHz至2MHz組件,以及較高頻率組件的衰減正弦(x)/x分布。需要采取措施讓輻射不超出規(guī)范。我們利用通用電容公式將其降低了:C=ε˙A/d。
 
我們無法改變電容率(ε),而且面積(A)也已經(jīng)是最小的了。不過,我們可以改變間距(d)。如圖3所示,我們將組件與輸入的距離延長了3倍。最后,我們采用較大接地層增加了屏蔽。
 
 
圖3:修改后的布局可增加間距,且還可帶來屏蔽性能
  
圖4是修改后的效果圖。我們在故障點位置為EMI規(guī)范獲得了大約6dB的裕量。此外,我們還顯著減少了總體EMI簽名。所有這些改善都僅僅是因為布局的調(diào)整,并未改變電路。如果您的電路具有高電壓開關(guān)并使用了屏蔽距離,您需要非常小心地對其進行控制。
 
 
圖4:EMI性能通過屏蔽及增加的間距得到了改善
  
由上述實例我們可以總結(jié)出來自離線開關(guān)電源開關(guān)節(jié)點的100fF電容會導(dǎo)致超出規(guī)范要求的EMI簽名。這種電容量只需寄生元件便可輕松實現(xiàn),例如對漏極連接進行路由,使其靠近輸入引線。通??赏ㄟ^改善間距或屏蔽來解決該問題。要想獲得更大衰減,需要增加濾波或減緩電路波形。
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