低EMI電源是什么，你值得收藏！

下面小編將從以下幾點出發(fā)，首先概述了在復雜的電子系統(tǒng)中電源帶來的嚴重問題：即 EMI，通常簡稱為噪聲。電源會產(chǎn)生 EMI，必須加以解決，那么問題的根源是什么?通常有何緩解措施?本文介紹減少 EMI 的策略，提出了一種解決方案，能夠減少 EMI、保持效率，并將電源放入有限的解決方案空間中。

有限且不斷縮小的電路板空間、緊張的設(shè)計周期以及嚴格的電磁干擾(EMI)規(guī)范(例如 CISPR 32 和 CISPR 25)這些限制因素，都導致獲得具有高效率和良好熱性能電源的難度很大。在整個設(shè)計周期中，電源設(shè)計通常基本處于設(shè)計過程的最后階段，設(shè)計人員需要努力將復雜的電源擠進更緊湊的空間，這使問題變得更加復雜，非常令人沮喪。為了按時完成設(shè)計，只能在性能方面做些讓步，把問題丟給測試和驗證環(huán)節(jié)去處理。簡單、高性能和解決方案尺寸三個考慮因素通常相互沖突：只能優(yōu)先考慮一兩個，而放棄第三個，尤其當設(shè)計期限臨近時。犧牲一些性能變得司空見慣;其實不應(yīng)該是這樣的。

什么是 EMI?

電磁干擾是會干擾系統(tǒng)性能的電磁信號。這種干擾通過電磁感應(yīng)、靜電耦合或傳導來影響電路。它對汽車、醫(yī)療以及測試與測量設(shè)備制造商來說，是一項關(guān)鍵設(shè)計挑戰(zhàn)。上面提到的許多限制和不斷提高的電源性能要求(功率密度增加、開關(guān)頻率更高以及電流更大)只會擴大 EMI 的影響，因此亟需解決方案來減 少 EMI。許多行業(yè)都要求必須滿足 EMI 標準，如果在設(shè)計初期不加以考慮，則會嚴重影響產(chǎn)品的上市時間。

EMI 耦合類型

EMI 是電子系統(tǒng)中的干擾源與接收器(即電子系統(tǒng)中的一些元件)耦合時所產(chǎn)生的問題。EMI 按其耦合介質(zhì)可歸類為：傳導或輻射。

傳導 EMI(低頻，450 kHz 至 30 MHz)

傳導 EMI 通過寄生阻抗以及電源和接地連接以傳導方式耦合到元件。噪聲通過傳導傳輸?shù)搅硪粋€器件或電路。傳導 EMI 可以進一步分為共模噪聲和差模噪聲。

共模噪聲通過寄生電容和高 dV/dt (C × dV/dt)進行傳導。它通過寄生電容沿著任意信號(正或負)到 GND 的路徑傳輸，如圖 1 所示。

差模噪聲通過寄生電感(磁耦合)和高 di/dt (L × di/dt)進行傳導。

圖 1. 差模和共模噪聲

輻射 EMI(高頻，30 MHz 至 1 GHz)

輻射 EMI 是通過磁場能量以無線方式傳輸?shù)酱郎y器件的噪聲。在開關(guān)電源中，該噪聲是高 di/dt 與寄生電感耦合的結(jié)果。輻射噪聲會影響鄰近的器件。

EMI 控制技術(shù)

解決電源中 EMI 相關(guān)問題的典型方法是什么?首先，確定 EMI 就是一個問題。這看似很顯而易見，但是確定其具體情況可能非常耗時，因為它需要使用 EMI 測試室(并非隨處都有)，以便對電源產(chǎn)生的電磁能量進行量化，并確定該電磁能量是否符合系統(tǒng)的 EMI 標準要求。

假設(shè)經(jīng)過測試，電源會帶來 EMI 問題，那么設(shè)計人員將面臨通過多種傳統(tǒng)的校正策略來減少 EMI 的過程，其中包括：

布局優(yōu)化：精心的電源布局與選擇合適的電源組件同樣重要。成功的布局很大程度上取決于電源設(shè)計人員的經(jīng)驗水平。布局優(yōu)化本質(zhì)上是個迭代過程，經(jīng)驗豐富的電源設(shè)計人員有助于最大限度地減少迭代次數(shù)，從而避免耽誤時間和產(chǎn)生額外的設(shè)計成本。問題是：內(nèi)部人員往往不具備這些經(jīng)驗。

X 緩沖器：一些設(shè)計人員會提前規(guī)劃并為簡單的緩沖器電路(從開關(guān)節(jié)點到 GND 的簡單 RC 濾波器)提供占位面積。這樣可以抑制開關(guān)節(jié)點的振鈴現(xiàn)象(一項產(chǎn)生 EMI 的因素)，但是這種技術(shù)會導致?lián)p耗增加，從而對效率產(chǎn)生負面影響。

X 降低邊沿速率：減少開關(guān)節(jié)點的振鈴也可以通過降低柵極導通的壓擺率來實現(xiàn)。不幸的是，與緩沖器類似，這會對整個系統(tǒng)的效率產(chǎn)生負面影響。

展頻(SSFM)：許多 ADI 公司的 Power by Linear?開關(guān)穩(wěn)壓器都提供該特性，它有助于產(chǎn)品設(shè)計通過嚴格的 EMI 測試標準。采用 SSFM 技術(shù)，在已知范圍內(nèi)(例如，編程頻率 fSW 上下±10%的變化范圍)對驅(qū)動開關(guān)頻率的時鐘進行調(diào)制。這有助于將峰值噪聲能量分配到更寬的頻率范圍內(nèi)。

X 濾波器和屏蔽：濾波器和屏蔽總是會占用大量的成本和空間。它們也使生產(chǎn)復雜化。

以上所有制約措施都可以減少噪聲，但是它們也都存在缺 陷。最大限度地減少電源設(shè)計中的噪聲通常能夠徹底解決問 題，但卻很難實現(xiàn)。ADI 公司的 Silent Switcher® 和 Silent Switcher 2 穩(wěn)壓器在穩(wěn)壓器端實現(xiàn)了低噪聲，從而無需額外的濾波、屏蔽或大量布局迭代。由于不必采用昂貴的反制措施，加快了產(chǎn)品上市時間并節(jié)省大量的成本。

最大限度地減小電流回路

為了減少 EMI，必須確定電源電路中的熱回路(高 di/dt 回路)并減少其影響。熱回路如圖 2 所示。在標準降壓轉(zhuǎn)換器的一個周期內(nèi)，當 M1 關(guān)閉而 M2 打開時，交流電流沿著藍色回路流動。在 M1 打開而 M2 關(guān)閉的關(guān)閉周期中，電流沿著綠色回路流動。產(chǎn)生最高 EMI 的回路并非完全直觀可見，它既不是藍色回路也不是綠 色回路，而是傳導全開關(guān)交流電流(從零切換到 IPEAK ，然后再切換回零)的紫色回路。該回路稱為熱回路，因為它的交流和 EMI 能量最大。

導致電磁噪聲和開關(guān)振鈴的是開關(guān)穩(wěn)壓器熱回路中的高 di/dt 和寄生電感。要減少 EMI 并改進功能，需要盡量減少紫色回路的輻射效應(yīng)。熱回路的電磁輻射騷擾隨其面積的增加而增加，因此，如果可能的話，將熱回路的 PC 面積減小到零，并使用零阻抗理想電容可以解決該問題。

圖 2. 降壓轉(zhuǎn)換器的熱回路