現(xiàn)代電子設(shè)備的普及為人們帶來極大便利的同時(shí)，也加劇了電磁環(huán)境的惡化。電磁干擾（EMI）是指由電磁波與電子器件之間相互作用而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象。

電子設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁波，電磁波相互干擾會(huì)對(duì)敏感電路產(chǎn)生不好的影響，在嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致電路無法正常工作。這就是降低EMI能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要原因。本文討論了EMI如何影響消費(fèi)類電子和敏感設(shè)備性能，例如家用電器，警報(bào)系統(tǒng)和車庫門開啟器。

如何優(yōu)化EMI

在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，電路設(shè)計(jì)和電路板布局是解決EMI問題的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。在電路設(shè)計(jì)中，開關(guān)頻率以及開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的振鈴（圖1）會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（ＥＭＩ）。

圖一：典型開關(guān)電源應(yīng)用電路

兩種方式可有效優(yōu)化EMI：開關(guān)頻率控制法和防振鈴控制法

開關(guān)頻率控制法

通過延長開關(guān)節(jié)點(diǎn)的開關(guān)上升時(shí)間和下降時(shí)間來降低dV / dt變化速率，從而減少了EMI（見圖2，圖3，圖4和圖5）。

防振鈴控制法

開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的振鈴會(huì)導(dǎo)致EMI問題的出現(xiàn)。器件的振鈴越多，EMI性能就越差（圖6）。在SW和GND之間增加一個(gè)1k Ω電阻（R）和另一個(gè)開關(guān)（S1）可減輕振鈴。在輕載的情況下，當(dāng)HS和LS開關(guān)均關(guān)斷時(shí)，S1導(dǎo)通，使L1的部分電流通過R和S1釋放到GND（圖7）。

圖六：SW 處較多振鈴（無防振鈴控制）

圖七：SW 處較少振鈴（有防振鈴控制）（測(cè)試條件：VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 10mA）

圖8和圖9展示了通過開關(guān)速度控制和防振鈴控制而實(shí)現(xiàn)的EMI降低。

可改善EMI的PCB布局

開關(guān)電源的反饋信號(hào)是對(duì)電磁干擾非常敏感的模擬信號(hào)，并且容易受到其自身的開關(guān)信號(hào)的干擾。良好的布局可以減少這種EMI干擾，而不良的布局可能會(huì)產(chǎn)生較大的紋波，甚至?xí)?dǎo)致電源無法正常工作。

以下是通過元件放置和PCB布局實(shí)現(xiàn)更好的EMI性能的一些技巧：

● 將輸入濾波電容靠近IC放置（圖10）。

圖十：輸入電容靠近IC放置，電磁場(chǎng)更小

● 使用屏蔽電感

● 使用小的SW pad布局（圖11）

● IC GND與系統(tǒng)GND使用單點(diǎn)連接

● 保持輸入地和GND之間的連接盡可能短和寬

● 通過多個(gè)過孔或?qū)捵呔€將VCC電容的接地連接到IC的接地

● 輸入電容與IN引腳之間的連線盡可能寬且短

● 確保所有的反饋都直接連接且連線短

● 反饋電阻和補(bǔ)償器件都盡可能的靠近芯片

● 將SW信號(hào)遠(yuǎn)離敏感的模擬信號(hào)，例如FB信號(hào)

針對(duì)消費(fèi)電子及射頻敏感類應(yīng)用的優(yōu)化

在這個(gè)電子設(shè)備遍布的世界中，從家用電器到消費(fèi)電子產(chǎn)品和對(duì)射頻敏感的設(shè)備（例如車庫門開啟器和警報(bào)系統(tǒng)），EMI現(xiàn)象都可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不必要的交互和操作問題。MP2317系列通過優(yōu)化EMI性能來解決此問題，同時(shí)MP2317系列擁有簡(jiǎn)單的封裝且支持使用單層PCB板進(jìn)行設(shè)計(jì)使制造更加簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)。

MP2317系列可以用作次級(jí)側(cè)DC / DC變換器（圖12）。

圖十二：在空調(diào)中的應(yīng)用

MP2317系列的主要特點(diǎn)：

● 7.5V 到26V大范圍輸入電壓

● 150uA小靜態(tài)電流

● 出色的負(fù)載線路調(diào)整率以及瞬態(tài)響應(yīng)（圖15）

● 效率最高可達(dá)96%，在12V轉(zhuǎn)5V/20mA時(shí)，效率可達(dá)80%（圖13）

● 全面的保護(hù)（過溫保護(hù)OTP，低壓保護(hù)UVLO，過流保護(hù)OCP）以提高可靠性和使用壽命

圖十三：MP2317效率圖

圖十四：MP2317（U1）單層板布局圖(測(cè)試條件: VIN = 12V, VOUT = 5V)

圖十五：MP2317 快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)(測(cè)試條件: VIN = 12V, VOUT = 5V, L = 10μH)

結(jié)論：

除了對(duì)電路的可靠性有著至關(guān)重要的EMI優(yōu)化問題之外，電路的制造簡(jiǎn)便性也很重要。MPS的1A / 2A / 2.5A 26V高效開關(guān)穩(wěn)壓器--MP2317，MP2344和 MP2345系列，采用了小型6引腳SOT23封裝和大引腳間距（0.95mm），這種封裝方式能夠使用單層PCB進(jìn)行布局， 以此簡(jiǎn)化制造工藝以節(jié)省制造成本。這個(gè)系列三個(gè)不同電流值的開關(guān)穩(wěn)壓器使用同一種封裝且互相Pin-to-Pin兼容，系統(tǒng)工程師無需更改PCB即可靈活切換到不同電流值的開關(guān)穩(wěn)壓器上，從而節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間和成本。

隨著時(shí)代的發(fā)展，越來越多的電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)品都需要進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)，其中EMC測(cè)試是必備的檢驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)之一。但EMC測(cè)試項(xiàng)目費(fèi)用較貴，EMC實(shí)驗(yàn)室造價(jià)昂貴，絕大部分測(cè)量設(shè)備又需要采用進(jìn)口設(shè)備，導(dǎo)致很少檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)有能力建造EMC實(shí)驗(yàn)室。產(chǎn)品的EMC性能是設(shè)計(jì)階段賦予的，一般電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)如果不考慮EMC因素，就會(huì)很容易導(dǎo)致EMC測(cè)試失敗，以致不能通過相關(guān)EMC法規(guī)的測(cè)試或認(rèn)證。例如，產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)工程師們根據(jù)需求，設(shè)計(jì)出效果良好的濾波電路，置入產(chǎn)品I/O(輸入/輸出）接口的前級(jí)，可使因傳導(dǎo)而進(jìn)入系統(tǒng)的干擾噪聲消除在電路系統(tǒng)的入口處；設(shè)計(jì)出隔離電路（如變壓器隔離和光電隔離等）解決通過電源線、信號(hào)線和地線進(jìn)入電路的傳導(dǎo)干擾，同時(shí)阻止因公共阻抗、長線傳輸而引起的干擾；設(shè)計(jì)出能量吸收回路，從而減少電路、器件吸收的噪聲能量；通過選擇元器件和合理安排的電路系統(tǒng)，使干擾的影響減少。

EMC技能:整改小技巧

1、150kHz-1MHz，以差模為主，1MHz-5MHz，差模和共模共同起作用，5MHz 以后基本上是共模。差模干擾的分容性藕合和感性藕合。一般1MHz以上的干擾是共模，低頻段是差摸干擾。用一個(gè)電阻串個(gè)電容后再并到Y(jié)電容的引腳上，用示波器測(cè)電阻兩引腳的電壓可以估測(cè)共模干擾。

2、保險(xiǎn)過后加差模電感或電阻。

3、小功率電源可采用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。

4、前端的π型EMI零件中差模電感只負(fù)責(zé)低頻EMI，體積別選太大(DR8太大，能用電阻型式或DR6更好)否則幅射不好過，必要時(shí)可串磁珠，因?yàn)楦哳l會(huì)直接飛到前端不會(huì)跟著線走。5、傳導(dǎo)冷機(jī)時(shí)在0.15MHz-1MHz超標(biāo)，熱機(jī)時(shí)就有7dB余量。主要原因是初級(jí)BULk電容DF值過大造成的，冷機(jī)時(shí)ESR比較大，熱機(jī)時(shí)ESR比較小，開關(guān)電流在ESR上形成開關(guān)電壓，它會(huì)壓在一個(gè)電流LN線間流動(dòng)，這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個(gè)電解電容之間加一個(gè)差模電感。

6、測(cè)試150kHz總超標(biāo)的解決方案：加大X電容看一下能不能下來，如果下來了說明是差模干擾。如果沒有太大作用那么是共模干擾，或者把電源線在一個(gè)大磁環(huán)上繞幾圈， 下來了說明是共模干擾。如果干擾曲線后面很好，就減小Y電容，看一下布板是否有問題，或者就在前面加磁環(huán)。

7、可以加大PFC輸入部分的單繞組電感的電感量。

8、PWM線路中的元件將主頻調(diào)到60kHz左右。

9、用一塊銅皮緊貼在變壓器磁芯上。

10、共模電感的兩邊感量不對(duì)稱，有一邊匝數(shù)少一匝也可引起傳導(dǎo)150kHz-3MHz超標(biāo)。11、一般傳導(dǎo)的產(chǎn)生有兩個(gè)主要的點(diǎn)：200kHz和20MHz左右，這幾個(gè)點(diǎn)也體現(xiàn)了電路的性能;200kHz左右主要是漏感產(chǎn)生的尖刺;20MHz左右主要是電路開關(guān)的噪聲。處理不好變壓器會(huì)增加大量的輻射，加屏蔽都沒用，輻射過不了。

12、將輸入BUCk電容改為低內(nèi)阻的電容。

13、對(duì)于無Y-CAP電源，繞制變壓器時(shí)先繞初級(jí)，再繞輔助繞組并將輔助繞組密繞靠一邊，后繞次級(jí)。

14、將共模電感上并聯(lián)一個(gè)幾k到幾十k電阻。

15、將共模電感用銅箔屏蔽后接到大電容的地。

16、在PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將共模電感和變壓器隔開一點(diǎn)以免互相干擾。

17、保險(xiǎn)套磁珠。

18、三線輸入的將兩根進(jìn)線接地的Y電容容量從2.2nF減小到471。

19、對(duì)于有兩級(jí)濾波的可將后級(jí)0.22uFX電容去掉(有時(shí)前后X電容會(huì)引起震蕩) 。

20、對(duì)于π型濾波電路有一個(gè)BUCk電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對(duì)傳導(dǎo)150kHz-2MHz的L通道有干擾，改良方法是將此電容用銅泊包起來屏蔽接到地，或者用一塊小的PCB將此電容與變壓器和PCB隔開。或者將此電容立起來， 也可以用一個(gè)小電容代替。

21、對(duì)于π型濾波電路有一個(gè)BUCk電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對(duì)傳導(dǎo)150kHz-2MHz的L通道有干擾，改良方法是將此電容用一個(gè)1uF/400V或者說0.1uF/400V電容代替， 將另外一個(gè)電容加大。

22、將共模電感前加一個(gè)小的幾百uH差模電感。

23、將開關(guān)管和散熱器用一段銅箔包繞起來，并且銅箔兩端短接在一起，再用一根銅線連接到地。

24、將共模電感用一塊銅皮包起來再連接到地。

25、將開關(guān)管用金屬套起來連接到地。

26、加大X2電容只能解決150kHz左右的頻段，不能解決20MHz以上的頻段，只有在電源輸入加以一級(jí)鎳鋅鐵氧體黑色磁環(huán)，電感量約50uH-1mH。

27、在輸入端加大X電容。

28、加大輸入端共模電感。

29、將輔助繞組供電二極管反接到地。

30、將輔助繞組供電濾波電容改用瘦長型電解電容或者加大容量。

31、加大輸入端濾波電容。

32、150kHz-300kHz和20MHz-30MHz這兩處傳導(dǎo)都不過，可在共模電路前加一個(gè)差模電路。也可以看看接地是否有問題，該接地的地方一定要加強(qiáng)接牢，主板上的地線一定要理順，不同的地線之間走線一定要順暢不要互相交錯(cuò)的。

33、在整流橋上并電容，當(dāng)考慮共模成分時(shí)，應(yīng)該鄰角并電容，當(dāng)考慮差模成分時(shí)，應(yīng)該對(duì)角并電容。

34、加大輸入端差模電感。

2、產(chǎn)品電磁兼容騷擾源有：

1、設(shè)備開關(guān)電源的開關(guān)回路：騷擾源主頻幾十kHz到百余kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。

2、設(shè)備直流電源的整流回路：工頻線性電源工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百kHz；開關(guān)電源高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)十MHz。

3、電動(dòng)設(shè)備直流電機(jī)的電刷噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百M(fèi)Hz。

4、電動(dòng)設(shè)備交流電機(jī)的運(yùn)行噪聲：高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。

5、變頻調(diào)速電路的騷擾發(fā)射：開關(guān)調(diào)速回路騷擾源頻率從幾十kHz到幾十MHz。

6、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)切換的開關(guān)噪聲：由機(jī)械或電子開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百M(fèi)Hz。

7、智能控制設(shè)備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾：騷擾源主頻幾十kHz到幾十MHz，高次諧波可延伸到數(shù)百M(fèi)Hz。

8、微波設(shè)備的微波泄漏：騷擾源主頻數(shù)GHz。

9、電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電磁騷擾發(fā)射：騷擾源主頻幾十kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。

10電視電聲接收設(shè)備的高頻調(diào)諧回路的本振及其諧波：騷擾源主頻數(shù)十MHz到數(shù)百M(fèi)Hz，高次諧波可延伸到數(shù)GHz。

11、信息技術(shù)設(shè)備及各類自動(dòng)控制設(shè)備的數(shù)字處理電路：騷擾源主頻數(shù)十MHz到數(shù)百M(fèi)Hz（經(jīng)內(nèi)部倍頻主頻可達(dá)數(shù)GHz），高次諧波可延伸到十幾GHz。

審核編輯：湯梓紅