電源設計中即使是普通的直流到直流開關轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)設(she)計(ji)都(dou)會(hui)出(chu)現(xian)一(yi)係(xi)列(lie)問(wen)題(ti)
，尤(you)其(qi)在(zai)高(gao)功(gong)率(lv)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)中(zhong)更(geng)是(shi)如(ru)此(ci)。除(chu)功(gong)能(neng)性(xing)考(kao)慮(lv)以(yi)外(wai)，工(gong)程(cheng)師(shi)必(bi)須(xu)保(bao)證(zheng)設(she)計(ji)的(de)魯(lu)棒(bang)性(xing)，以(yi)符(fu)合(he)成(cheng)本(ben)目(mu)標(biao)要(yao)求(qiu)以(yi)及(ji)熱(re)性(xing)能(neng)和(he)空(kong)間(jian)限(xian)製(zhi)，當(dang)然(ran)同(tong)時(shi)還(hai)要(yao)保(bao)證(zheng)設(she)計(ji)的(de)進(jin)度(du)。另(ling)外(wai)，出(chu)於(yu)產(chan)品(pin)規(gui)範(fan)和(he)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)的(de)考(kao)慮(lv)
，電(dian)源(yuan)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)（EMI）必bi須xu足zu夠gou低di。不bu過guo，電dian源yuan的de電dian磁ci幹gan擾rao水shui平ping卻que是shi設she計ji中zhong最zui難nan精jing確que預yu計ji的de項xiang目mu。有you些xie人ren甚shen至zhi認ren為wei這zhe簡jian直zhi是shi不bu可ke能neng的de，設she計ji人ren員yuan能neng做zuo的de最zui多duo就jiu是shi在zai設she計ji中zhong進jin行xing充chong分fen考kao慮lv

，尤you其qi在zai布bu局ju時shi。
盡jin管guan本ben文wen所suo討tao論lun的de原yuan理li適shi用yong於yu廣guang泛fan的de電dian源yuan設she計ji

，但dan我wo們men在zai此ci隻zhi關guan注zhu直zhi流liu到dao直zhi流liu的de轉zhuan換huan器qi
，因yin為wei它ta的de應ying用yong相xiang當dang廣guang泛fan，幾ji乎hu每mei一yi位wei硬ying件jian工gong程cheng師shi都dou會hui接jie觸chu到dao與yu它ta相xiang關guan的de工gong作zuo，說shuo不bu定ding什shen麼me時shi候hou就jiu必bi須xu設she計ji一yi個ge電dian源yuan轉zhuan換huan器qi。本ben文wen中zhong我wo們men將jiang考kao慮lv與yu低di電dian磁ci幹gan擾rao設she計ji相xiang關guan的de兩liang種zhong常chang見jian的de折zhe中zhong方fang案an；熱性能、電磁幹擾以及與PCB布局和電磁幹擾相關的方案尺寸等。文中我們將使用一個簡單的降壓轉換器做例子
，如圖1所示。

圖1.普通的降壓轉換器

在(zai)頻(pin)域(yu)內(nei)測(ce)量(liang)輻(fu)射(she)和(he)傳(chuan)導(dao)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)，這(zhe)就(jiu)是(shi)對(dui)已(yi)知(zhi)波(bo)形(xing)做(zuo)傅(fu)裏(li)葉(ye)級(ji)數(shu)展(zhan)開(kai)


，本(ben)文(wen)中(zhong)我(wo)們(men)著(zhe)重(zhong)考(kao)慮(lv)輻(fu)射(she)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)性(xing)能(neng)。在(zai)同(tong)步(bu)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)中(zhong)，引(yin)起(qi)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)主(zhu)要(yao)開(kai)關(guan)波(bo)形(xing)是(shi)由(you)Q1和Q2產生的，也就是每個場效應管在其各自導通周期內從漏極到源極的電流di／dt。圖2所示的電流波形（Q和Q2on）不是很規則的梯形，但是我們的操作自由度也就更大，因為導體電流的過渡相對較慢，所以可以應用Henry Ott經典著作《電子係統中的噪聲降低技術》中的公式1。我們發現
，對於一個類似的波形
，其上升和下降時間會直接影響諧波振幅或傅裏葉係數（In）。

圖2.Q1和Q2的波形

In=2IdSin(nπd)/nπd ×Sin(nπtr/T)/nπtr/T (1)

其中，n是諧波級次，T是周期，I是波形的峰值電流強度，d是占空比，而tr是tr或tf的最小值。

在實際應用中
，極有可能會同時遇到奇次和偶次諧波發射。如果隻產生奇次諧波
，那麼波形的占空比必須精確為50%。而實際情況中極少有這樣的占空比精度。

諧波係列的電磁幹擾幅度受Q1和Q2的通斷影響。在測量漏源電壓VDS的上升時間tr和下降時間tf，或流經Q1和Q2的電流上升率di／dt 時，可以很明顯看到這一點。這也表示，我們可以很簡單地通過減緩Q1或Q2的通斷速度來降低電磁幹擾水平。事實正是如此
，延長開關時間的確對頻率高於 f=1／πtr的(de)諧(xie)波(bo)有(you)很(hen)大(da)影(ying)響(xiang)。不(bu)過(guo)，此(ci)時(shi)必(bi)須(xu)在(zai)增(zeng)加(jia)散(san)熱(re)和(he)降(jiang)低(di)損(sun)耗(hao)間(jian)進(jin)行(xing)折(zhe)中(zhong)。盡(jin)管(guan)如(ru)此(ci)，對(dui)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)加(jia)以(yi)控(kong)製(zhi)仍(reng)是(shi)一(yi)個(ge)好(hao)方(fang)法(fa)
，它(ta)有(you)助(zhu)於(yu)在(zai)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)和(he)熱(re)性(xing)能(neng)間(jian)取(qu)得(de)平(ping)衡(heng)。具(ju)體(ti)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)一(yi)個(ge)小(xiao)阻(zu)值(zhi)電(dian)阻(zu)（通常小於5Ω）實現
，該電阻與Q1和Q2的柵極串聯即可控製tr和tf，你也可以給柵極電阻串聯一個 “關斷二極管”來獨立控製過渡時間tr或tf（見圖3）。zheqishishiyigediedaiguocheng，shenzhilianjingyanzuifengfudedianyuanshejirenyuandoushiyongzhezhongfangfa。womendezuizhongmubiaoshitongguofangmanjingtiguandetongduansudu
，shidianciganraojiangdizhikejieshoudeshuiping，tongshibaozhengqiwenduzugoudiyiquebaowendingxing。

圖3.用關聯二極管來控製過渡時間
 

開關節點的物理回路麵積對於控製電磁幹擾也非常重要。通常，出於PCB麵mian積ji的de考kao慮lv
，設she計ji者zhe都dou希xi望wang結jie構gou越yue緊jin湊cou越yue好hao，但dan是shi許xu多duo設she計ji人ren員yuan並bing不bu知zhi道dao哪na部bu分fen布bu局ju對dui電dian磁ci幹gan擾rao的de影ying響xiang最zui大da。回hui到dao之zhi前qian的de降jiang壓ya穩wen壓ya器qi例li子zi上shang，該gai例li中zhong有you兩liang個ge回hui路lu節jie點dian（如圖4和圖5所示），它們的尺寸會直接影響到電磁幹擾水平。

圖4.降壓穩壓器模型1

圖5.降壓穩壓器模型2
 

Ott關於不同模式電磁幹擾水平的公式（2）示意了回路麵積對電路電磁幹擾水平產生的直接線性影響。

E=263×10-16(f2AI)(1/r) (2)
輻射場正比於下列參數：涉及的諧波頻率（f，單位Hz）
、回路麵積（A，單位m2）、電流（I）和測量距離（r

，單位m）。
此概念可以推廣到所有利用梯形波形進行電路設計的場合，不過本文僅討論電源設計。參考圖4中的交流模型
，研究其回路電流流動情況：起點為輸入電容器，然後在Q1導通期間流向Q1，再通過L1進入輸出電容器


，最後返回輸入電容器中。

當Q1關斷
、Q2導通時
，就形成了第二個回路。之後存儲在L1內的能量流經輸出電容器和Q2，如圖5所示。這些回路麵積控製對於降低電磁幹擾是很重要的，在PCB走線布線時就要預先考慮清器件的布局問題。當然
，回路麵積能做到多小也是有實際限製的。

從公式2可以看出，減小開關節點的回路麵積會有效降低電磁幹擾水平。如果回路麵積減小為原來的3倍，電磁幹擾會降低9.5dB，如果減小為原來的10倍，則會降低20 dB。設計時，最好從最小化圖4和圖5所示的兩個回路節點的回路麵積著手，細致考慮器件的布局問題
，同時注意銅線連接問題。盡量避免同時使用PCB的兩麵，因為通孔會使電感顯著增高
，進而帶來其他問題。

恰(qia)當(dang)放(fang)置(zhi)高(gao)頻(pin)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)常(chang)被(bei)忽(hu)略(lve)。若(ruo)幹(gan)年(nian)以(yi)前(qian)，我(wo)所(suo)在(zai)的(de)公(gong)司(si)曾(zeng)把(ba)我(wo)們(men)的(de)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)轉(zhuan)讓(rang)給(gei)國(guo)外(wai)製(zhi)造(zao)商(shang)。結(jie)果(guo)
，我(wo)的(de)工(gong)作(zuo)職(zhi)責(ze)也(ye)發(fa)生(sheng)了(le)很(hen)大(da)變(bian)化(hua)，我(wo)成(cheng)了(le)一(yi)名(ming)顧(gu)問(wen)，幫(bang)助(zhu)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)新(xin)手(shou)解(jie)決(jue)文(wen)中(zhong)提(ti)到(dao)的(de)一(yi)係(xi)列(lie)需(xu)要(yao)權(quan)衡(heng)的(de)事(shi)宜(yi)及(ji)其(qi)他(ta)眾(zhong)多(duo)問(wen)題(ti)。這(zhe)裏(li)有(you)一(yi)個(ge)含(han)有(you)集(ji)成(cheng)鎮(zhen)流(liu)器(qi)的(de)離(li)線(xian)式(shi)開(kai)關(guan)的(de)設(she)計(ji)例(li)子(zi)：設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)希(xi)望(wang)降(jiang)低(di)最(zui)終(zhong)功(gong)率(lv)級(ji)中(zhong)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。我(wo)隻(zhi)是(shi)簡(jian)單(dan)地(di)將(jiang)高(gao)頻(pin)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)器(qi)移(yi)動(dong)到(dao)更(geng)靠(kao)近(jin)輸(shu)出(chu)級(ji)的(de)位(wei)置(zhi)，其(qi)回(hui)路(lu)麵(mian)積(ji)就(jiu)大(da)約(yue)隻(zhi)剩(sheng)原(yuan)來(lai)的(de)一(yi)半(ban)，而(er)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)就(jiu)降(jiang)低(di)了(le)約(yue) 6dB。而這位設計者顯然不太懂得其中的道理，他稱那個電容為“魔法帽子”，而事實上我們隻是減小了開關節點的回路麵積。

還hai有you一yi點dian至zhi重zhong要yao的de
，新xin改gai進jin的de電dian路lu產chan生sheng的de問wen題ti可ke能neng比bi原yuan先xian的de還hai要yao嚴yan重zhong。換huan句ju話hua說shuo，盡jin管guan延yan長chang過guo渡du時shi間jian可ke以yi減jian少shao電dian磁ci幹gan擾rao，但dan其qi引yin起qi的de熱re效xiao應ying也ye隨sui之zhi成cheng為wei重zhong要yao的de問wen題ti。有you一yi種zhong控kong製zhi電dian磁ci幹gan擾rao的de方fang法fa是shi用yong全quan集ji成cheng電dian源yuan模mo塊kuai代dai替ti傳chuan統tong的de直zhi流liu到dao直zhi流liu轉zhuan換huan器qi。電dian源yuan模mo塊kuai是shi含han有you全quan集ji成cheng功gong率lv晶jing體ti管guan和he電dian感gan的de開kai關guan穩wen壓ya器qi，它ta和he線xian性xing穩wen壓ya器qi一yi樣yang可ke以yi很hen輕qing鬆song地di融rong入ru係xi統tong設she計ji中zhong。模mo塊kuai開kai關guan節jie點dian的de回hui路lu麵mian積ji遠yuan小xiao於yu相xiang似si尺chi寸cun的de穩wen壓ya器qi或huo控kong製zhi器qi，電dian源yuan模mo塊kuai並bing不bu是shi新xin生sheng事shi物wu，它ta的de麵mian世shi已yi經jing有you一yi段duan時shi間jian了le，但dan是shi直zhi到dao現xian在zai，由you於yu一yi係xi列lie問wen題ti，模mo塊kuai仍reng無wu法fa有you效xiao散san熱re
，且qie一yi經jing安an裝zhuang後hou就jiu無wu法fa更geng改gai。