電源是我們所有人都認為理所當然的系統(tǒng)之一。電源設(shè)計中每個人的首要任務(wù)通常是確保電壓和電流輸出達到所需的水平，可能還要考慮散熱因素。但是，由于安全問題，EMC要求，使用更高的PWM頻率以及需要更小的封裝，電源EMI應(yīng)該是主要的設(shè)計考慮因素。電源EMI應(yīng)由設(shè)計者自擔風(fēng)險，因為未通過EMC測試將導(dǎo)致一系列重新設(shè)計，從而浪費時間和金錢。

話雖如此，電源EMI的主要來源是什么，電源設(shè)計人員如何才能對其進行檢查？來自電源的EMI主要表現(xiàn)為傳導(dǎo)EMI被驅(qū)動至負載，但該器件也存在輻射EMI，尤其是在設(shè)計大電流開關(guān)穩(wěn)壓器時。盡管我們不能在本文中介紹每一個方面，但我將整理一系列策略，以幫助您開始解決一些常見的電源EMI問題。

查找電源EMI的原因

如上所述，盡管開關(guān)電源中可能存在特別強的輻射EMI，但電源主要輸出傳導(dǎo)的EMI。在考慮電源中的EMI時，在規(guī)劃PCB布局時，我們需要考慮拓撲結(jié)構(gòu)以及是否要解決有害電流或有害發(fā)射問題。與高頻，大電流開關(guān)穩(wěn)壓器相比，簡單的線性穩(wěn)壓器或LDO解決的問題更少。

在下表中，我概述了三種常見的EMI來源及其在電源設(shè)備和板載穩(wěn)壓器電路中的產(chǎn)生。有時，我們有時需要區(qū)分電源內(nèi)部發(fā)生的EMI和連接到電源的電路板接收到的EMI。實際上，每種類型的系統(tǒng)中EMI的大小都是規(guī)模問題。產(chǎn)生EMI的基本機制在嵌入式電源調(diào)節(jié)器和電源單元中是相同的。

有關(guān)這些區(qū)域中的每個區(qū)域的卷均已編寫，并且每個區(qū)域都不能孤立。例如，各種操作模式（例如，振鈴）和開關(guān)參數(shù)（高PWM頻率）可以組合以產(chǎn)生共模電流，然后產(chǎn)生共模EMI或傳導(dǎo)至下游組件以減少總功率輸出。

讓我們簡要地看一下這些領(lǐng)域中的每一個，以了解它們與電源EMI的關(guān)系。

共模電流

共模電流的驅(qū)動器有點違反直覺。共模電流是一種電效應(yīng)，是由電場變化驅(qū)動的，因此電源中的共模電流是由返回機箱的寄生電容而不是寄生電感來介導(dǎo)的。下圖顯示了電源的直流調(diào)節(jié)部分中的輸入電流示例，該電流在PWR / GND導(dǎo)軌上顯示為共模噪聲。

示例路徑，其后是通過寄生電容的共模電流。在具有單獨的系統(tǒng)，信號和機箱接地的PCB上可能會發(fā)生相同的影響。

請注意，即使從交流市電輸入中濾除了輸入共模噪聲之后，該電流路徑仍會出現(xiàn)在系統(tǒng)中。它還可能具有非常大的環(huán)路電感，從而創(chuàng)建了發(fā)射或接收EMI的新位置。

為什么要這樣開始呢？原因是上圖中的點A和底盤之間存在電位差，從而允許一些電流通過寄生電容傳導(dǎo)回干線。在具有分開的接地部分的以太網(wǎng)板上也可能發(fā)生類似的問題，其中共模噪聲會耦合到以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)鏈路的PHY端。

解決方案：這取決于共模電流進入系統(tǒng)的方式。對于來自交流電源的傳導(dǎo)電流，您將需要對電源輸出進行一些過濾。共模扼流圈是標準配置，或者您可以使用pi濾波器進行額外的濾波。在某些系統(tǒng)中，例如以太網(wǎng)交換機，會發(fā)生共模電流，但是您的工作是通過跟蹤返回路徑來防止它們傳導(dǎo)到敏感電路中。

是什么導(dǎo)致寄生振鈴？

在上表中，我確定了可能發(fā)生振鈴的幾種原因，尤其是在不連續(xù)模式下。但是，寄生效應(yīng)也可能導(dǎo)致設(shè)計中的阻尼條件發(fā)生變化，從而導(dǎo)致振鈴引起的阻尼不足。在實際組件中發(fā)現(xiàn)了許多會影響振鈴的寄生效應(yīng)。除了預(yù)期的以外，還會發(fā)生這種情況。振鈴的主要參與者包括：

MOSFET引線電感，體電容

電感/變壓器繞組電容

PCB布局中電流路徑中的寄生電感

電路中寄生物與預(yù)期的RLC元素之間的相互作用

電源布局中的寄生物和所需組件形成等效的RLC電路，該電路可能顯示出衰減不足的諧振。振鈴出現(xiàn)在輸出上的差模噪聲中，功率譜跨越高MHz頻率，具體取決于寄生電路形成的等效RLC電路的諧振頻率。

利用SPICE仿真可以在瞬態(tài)分析中識別出阻尼不足的諧振。

解決方案：使用寄生效應(yīng)較小的組件，這在物理上可能意味著更大或更小的組件。不幸的是，無論是在實踐中還是在仿真中，這都不像聽起來那樣容易。此外，您需要關(guān)注設(shè)計中最重要的寄生因素，并且需要接受的是，布局永遠不會完全擺脫寄生因素。

輻射EMI

輻射EMI有兩個主要來源。首先，每當MOSFET開關(guān)時，它就會在開關(guān)穩(wěn)壓器中以突發(fā)方式發(fā)生，這還會產(chǎn)生一些跨越較寬功率譜的傳導(dǎo)EMI（請參見下文）。其次，共模電流也是輻射EMI的來源。這兩個源的輻射方向圖可能非常復(fù)雜，并且可能跨越多個諧波。

解決方案：您需要使用低通濾波來嘗試消除電源輸出中的某些傳導(dǎo)（差分模式）EMI。通過專注于降低共模電流，可以顯著降低輻射EMI，共模電流的強度約為差模輻射EMI的100倍。盡管可以通過在開關(guān)部分附近澆灌接地并確保低環(huán)路電感布線來抑制電磁輻射，但開關(guān)電磁輻射產(chǎn)生的電磁干擾在很大程度上是不可避免的。

來自降壓轉(zhuǎn)換器的示例傳導(dǎo)和輻射EMI頻譜。

請注意，上面顯示的傳導(dǎo)EMI頻譜也可能出現(xiàn)在輻射EMI頻譜中。從開關(guān)晶體中也可以看到這一點，由于沿時鐘信號線路徑的環(huán)路電感較大，開關(guān)晶體會發(fā)出強烈的輻射。當高頻PWM信號未在大參考平面附近布線時，可能會發(fā)生同樣的情況。這個次要問題與布線有關(guān)，而不是與MOSFET或其他開關(guān)組件的開關(guān)性質(zhì)有關(guān)。

無法通過簡單的SPICE仿真來診斷這些類型的EMI，因為它們在很大程度上取決于物理布局。但是，場求解器實用程序可以幫助您確定布局中具有強輻射發(fā)射，強振鈴和共模電流的位置。