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浅谈开关电源EMI优化设计-辐射篇

功夫:2025-02-19 起源: SCTLETOU乐投科技

在上一篇文章中 ,我们具体味商了开关电源中传导电磁滋扰(EMI)问题 ,并分享了使用差模和共模滤波器、改进PCB布局蹬着化步骤。今天 ,我们将持续深刻探求另一种关键的EMI大局——辐射EMI。

你是否遇到过这样的情况:设计了一款新的电子产品 ,但在某些频段下 ,它会对周围的设备产生滋扰 ,甚至在EMC测试中未能通过?这很可能就是由于辐射EMI导致的。当开关电源中的电流变动产生未被节造的电场和磁场时 ,这些能量会以无线电波的大局向表辐射 ,影响周围电子设备的正常工作。

一、辐射EMI的测试介绍

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图1 辐射发射测试(RE)示意图

EMC三身分:滋扰源、耦合蹊径、敏感设备

滋扰源:受测设备(EUT)以及输入输出线。

耦合蹊径:无数为空间耦合 ,磁场或电场传布。

敏感设备:天线 ,凭据分歧测试频段更换测试所用天线 ,通例
天线蕴含:单极(杆)天线 ,双锥天线 ,对数天线 ,喇叭天线。同时凭据分歧测试尺度 ,天线与受测设备距离通常有1m、3m、10m等。

二、辐射EMI产生的原因

对于辐射发射测试(RE)的优化方式 ,与传导EMI的优化步骤根基一样。下面 ,我们来探淘熹缘由。

2.1 断续电流回路影响

对于辐射发射必要两个前提 ,激励源以及天线。针对DCDC来说辐射的激励源与传导一样 ,都是急剧的断续电流变动回路(di/dt) ,以及电压变动节点(dv/dt)。而电压变动节点重要对30M以下辐射发射产生影响。

下面以BUCK电路为例分析断续电路回路的影响。   
            图示, 示意图

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图2 辐射发射断续电流回路示意

对于现实PCB走线(或铺铜)总会带来寄生电阻与寄生电感 ,此处我们统称为寄生阻抗-Zx。寄生感抗值为jωL ,所以当频率很高时寄生感抗值将会很高 ,此时Zx两端产生压差 ,视为激励源 ,输入输出线径被视为天线发射辐射。

同时输入回路组成环形天线 ,由交变电流产生磁场 ,由于电磁场分辨点λ/2Π(λ为波长) ,此时输入回路的磁场重要对输入线径进行空间耦合 ,输入线径作为天线发射辐射。

图示

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图3 电磁场近场 ,远场示意图

2.2 电压变动节点影响

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图4 电压变动节点示意

对于SW节点重要是急剧电压变动(dv/dt)。此时向表发射电场信号 ,重要通过电感以及SW铺铜作为天线对表进行影响。由于容易被单极(杆)天线接管 ,此时重要影响30MHz以下的辐射发射测试。

三、辐射EMI的优化战术

3.1 断续电流回路优化

以BUCK电路为例 ,输入回路所发射的磁场与电流以及输入回路的面积成正比 ,输入电流很难变幼 ,此时尽可能减幼输入回路的面积是有效的伎俩。输入电容应尽可能与功率管和基准地(续流管接地处)足够近 ,使输入回路尽可能的幼 ,此时走线上的寄生阻抗也会变幼且进一步优化 ,这与传导发射中的优化一致。

同时尽量使用4层以上的PCB设计。应尽量保障其中一层在断续电流回路下是一整片的地 ,此时断续电流回路的磁场在地上会出现相反的涡流相互抵消。同使佧片的地通过打过孔能够方便最幼回路的设计。

增长共模电感(或输入正负极增长一样电感) ,此时会对走线寄生阻抗引起的激励源起到抑造作用。

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图5 整片地涡流示意图

3.2 电压变动节点优化

对于电压变动节点辐射优化与传导的优化根基一样 ,铺铜面积尽量的幼 ,尽可能拔取屏蔽成效好的电感 ,拔取幼体积的电感等。由于功率以及鼓和电流的限度无法电感体积无法节造时 ,对开关节点(铺铜以及电感)进行屏蔽是最后的解决规划。

四、芯片选型对辐射影响

4.1选择拥有对称设计的输入脚的芯片

如图所示输入回路的磁感应线会处于相反的方向进行抵消 ,从而优化断续电流回路。LETOU乐投科技SCT2434A/CQ ,SCT2464Q等产品是选取对称设计的EMI优化器件。

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图6 SCT2434CQ 输入电流回路

4.2 抖频

带有抖频职能的产品可能将能量散布到分歧频率区域 ,显著提升断续电流回路和电压变动节点的辐射机能。出格是当测试超出开关频率倍频的频点时 ,抖频职能的成效尤为显著。LETOU乐投科技的40V和60V系列产品均建设了抖频职能 ,援手客户更好地应对EMI挑战 ,提升系统不变性。

4.3 模组产品

在模组产品设计中 ,集成电感和输入幼电容对优化断续电流回路和开关节点铺铜面积至关沉要。LETOU乐投科技推出的SCT2230M和SCT2160M模组产品 ,不仅实现了开关节点铺铜面积的最幼化 ,还通过集成输入幼电容显著优化了断续电流回路。目前 ,这些模组产品已经量产 ,为客户提供高效、靠得住的电源解决规划。

通过上述分析和优化战术 ,工程师们能够更好地应对辐射EMI带来的挑战 ,确保产品的电磁兼容性。未来 ,随着技术的进取 ,我们等待更多创新的设计规划出现 ,援手解决日益复杂的电磁滋扰问题。

你是否遇到过类似的辐射EMI问题?或者你有其他有效的辐射EMI抑造步骤或案例分享?欢迎在评论区留言互换!

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