小功率便攜式電子產品目前常用鋰電池和Boost(Buck)芯片給MCU
、Audio以及顯示屏等器件供電。此類產品通常使用適配器供電
，設計要求充電部分工作時
，必須通過測試並符合 EMC標biao準zhun。一yi般ban來lai說shuo

，為wei了le提ti高gao係xi統tong工gong作zuo效xiao率lv，鋰li電dian池chi充chong電dian芯xin片pian都dou是shi基ji於yu開kai關guan工gong作zuo方fang式shi，類lei似si一yi個ge開kai關guan電dian源yuan，另ling外wai，可ke能neng其qi他ta的de開kai關guan電dian源yuan芯xin片pian在zai同tong時shi工gong作zuo，器qi件jian均jun為wei開kai關guan工gong作zuo方fang式shi，提ti高gao了le工gong作zuo效xiao率lv，同tong時shi引yin入ru了le輻fu射she問wen題ti，這zhe也ye是shi電dian子zi產chan品pin設she計ji過guo程cheng中zhong的de常chang見jian問wen題ti。本ben文wen基ji於yu一yi個ge產chan品pin設she計ji實shi例li（用BQ24133單電池充電電路和LM3478升壓電路），對設計過程中曾經遇到的輻射難題進行了詳盡的分析。確定騷擾源
，找出耦合路徑，最終給出解決問題的方法，以供大家作參考。

 

 

實際的產品開發中，便攜式產品的EMI測試是用適配器給產品充電，有其他外接設備連接也需要在測試時接上。下麵以一個實際產品的開發為例，說明這類產品設計的EMI設計要注意的問題，以及遇到輻射發射超標，如何來分析問題產生的原因。並找出解決問題的辦法。

 

 

如下圖1是一個Audio產品的電源部分的原理圖,這個產品有一個charger芯片BQ24133
，在這個應用中設置最大充電電流2A。有一個Boost芯片LM3478
，把電池電壓升壓到10V給Audio 芯片供電，滿載電流1A，另外一個Boost芯片LM3478，把電池電壓升到5V，給iphone或者 ipad充電，最大電流2A。適配器的直流輸出線規格是1.5米，手機充電的電源線約0.5米，整個PCB板麵積大概12mm×8mm
，設計為兩層板。

圖1：Audio供電回路圖

 

 

這類便攜式產品要求通過標準EN55022，Class B。這個產品的初版樣機在輻射發射測試時（未接手機），輻射發射30M到300M頻段嚴重超標
，在200MHZ左右，超標20DB以上。

 

 

首先，先分析輻射超標產生的原因，我們知道EMC三要素
，騷擾源，耦合路徑和敏感設備。這個產品中開關方式工作的器件無疑是騷擾源
，也就是BQ24133(開關頻率1.6MHZ)和兩個 LM3478（開關頻率400KHZ）。再看耦合路徑，30M到300M頻pin段duan對dui應ying的de波bo長chang是shi一yi米mi到dao十shi米mi

，如ru果guo要yao發fa射she一yi定ding波bo長chang的de電dian磁ci波bo
，需xu要yao一yi根gen發fa射she天tian線xian
，成cheng為wei天tian線xian的de必bi要yao條tiao件jian是shi長chang度du至zhi少shao要yao大da於yu波bo長chang的de二er十shi分fen之zhi一yi
，當dang天tian線xian是shi電dian磁ci波bo半ban波bo長chang的de整zheng數shu倍bei時shi，發fa射she功gong率lv最zui大da。滿man足zu以yi上shang條tiao件jian能neng成cheng為wei天tian線xian的de導dao線xian就jiu是shi幾ji根gen外wai接jie線xian
，最zui有you可ke能neng的de是shi適shi配pei器qi的de直zhi流liu電dian源yuan線xian和he地di線xian。分fen析xilayout 設計，發現產品設計時，隻用了一個地，在整個PCB的兩層均大麵積鋪地，並且與適配器的地線連接在一起
，加上手機的充電導線，構成一根超過兩米長的地線。另外BQ24133充電電路和兩個LM3478的升壓電路底下也是大麵積的鋪地
，造成高頻幹擾直接耦合到地平麵
，通過長的地線發射出來。

 

 

針對以上分析，做了整改。由於是便攜式音頻設備，沒有PE線
，無法使用Y電容

，客戶也不希望使用共模電感增加成本，所以主要優化layout。采取了以下措施：

 

 

1)將每個電源回路梳理
，將模擬地和數字地分開

，每個單元電路不要相互交叉。BQ24133 的數字地和模擬地分開走線，在芯片下通過一個0歐姆電阻的單點接。另外
，BQ24133的功率地最好跟整個產品的地適當分割，單點連接。

2)減小諧波回路麵積，對LM3478，如圖，MOS管開通時，Cin，L和MOS構成一個回路對電感充電

，請看圖2（a）的Cycle1。MOS管關斷時，Cin
，L，D，Cout構成另一個回路對電感放電，請看圖2（b）中的 Cycle2。對於二極管D，交替工作在正向導通和反向截止的狀態

，因此，有很高的反向恢複尖峰電壓
，需要在二極管兩端加Snubber電路來抑製這個尖峰電壓，以避免產生過大的共模噪聲。這兩個回路的工作頻率是MOS的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)，諧(xie)波(bo)分(fen)量(liang)大(da)
，布(bu)板(ban)時(shi)要(yao)盡(jin)量(liang)減(jian)小(xiao)諧(xie)波(bo)回(hui)路(lu)的(de)麵(mian)積(ji)。要(yao)把(ba)這(zhe)兩(liang)個(ge)功(gong)率(lv)回(hui)路(lu)的(de)器(qi)件(jian)靠(kao)近(jin)放(fang)置(zhi)，走(zou)大(da)銅(tong)皮(pi)寬(kuan)走(zou)線(xian)
，減(jian)小(xiao)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)諧(xie)波(bo)的(de)回(hui)路(lu)阻(zu)抗(kang)。

圖2：LM3478工作原理圖

 

BQ24133實質是一個Buck回路。也有類似的問題。請看圖3
，BQ24133工作原理圖，輸入電容C1
，整流管開通
，續流管關斷
，整流管電感和負載構成一個高頻回路，有很高的dI/dT。另外，整流管關斷，續流管開通時
，電感電流通過續流管續流（在重載時續流管工作在電感電流連續模式）， 電感電流沒有減小到零時整流管又會開通，這是續流管被強製加反向電壓而截止
，產生很高的反向恢複電壓尖峰（雖然是同步整流，由於死區的存在，死區時間內仍然是二極管整流），這會導致比較大的共模噪聲，所以需要在SW對PGND加Snubber電路來抑製續流管的反向尖峰。因此
，輸入濾波電容C1
、電感L1和輸出濾波電容C2應盡量靠近芯片布置，減小高頻回路麵積。功率回路走線應走大銅皮寬走線，減小諧波阻抗，最好都布置在PCB的同層，Snubber放置在緊靠下管的位置。

圖3：BQ24133高頻電流回路圖

 

總的來說，LM3478和BQ24133的輸入輸出走整塊大銅皮，將輸入電容和輸出電容緊靠功率開關管

，使回路圍成的麵積最小。選擇ESR較jiao小xiao的de電dian容rong，由you於yu成cheng本ben原yuan因yin，這zhe類lei產chan品pin用yong的de電dian容rong都dou比bi較jiao差cha，這zhe個ge項xiang目mu原yuan來lai用yong電dian解jie電dian容rong，建jian議yi多duo增zeng加jia些xie瓷ci片pian電dian容rong組zu合he使shi用yong
，這zhe樣yang在zai低di成cheng本ben下xia獲huo得de好hao的de效xiao果guo。這zhe樣yang使shi輸shu入ru輸shu出chu的de開kai關guan頻pin率lv的de諧xie波bo回hui路lu盡jin量liang小xiao
，諧xie波bo阻zu抗kang盡jin量liang小xiao，可ke以yi減jian小xiao回hui路lu對dui外wai的de輻fu射she幹gan擾rao。

 

3) 上麵提到在BQ24133的下管加Snubber電路（加在SW和PGND之間）
，在LM3478的續流二極管加Snubber電路。Snubber電路緊貼開關管管腳
，加寬走線，高頻諧波就近旁路。 首先可以先預放一個2-3ohm的電阻，電容取500-1000pF。在輻射測試中，如果裕量不足或者超規格，就適當增加RC，以吸收更多的高頻能量，如果裕量過大
，應減小RC的值以提高效率。

 

4) 對於兩層板來說，將電感和MOS等功率器件和功率器件之間走線下麵的GND銅皮去掉或者減小。降低開關管到GND的分布電容，減小共模耦合。

 

 

一般來說，如果條件允許，盡可能把電源回路跟其他電路在布局上適當分開。例如，把電源類器件布置在PCB左側，跟其他電路適當留隔離帶。輸出線和端子盡量遠離開關管，電感等器件。在諧波較大的回路上，注意PCB走線避免用銳角，盡量倒鈍角或走圓角。

 

 

duiyuduojiedianchi

，chongdiangonglvzengjia
，dianchishuchuxianjinliangjianxiaochangdu，bimiandianchixianbianchengfushetianxian。lingwai，kekaolvshidangzengjiagongmodianganlaiyizhidianchixiangongmoganrao。

 

 

建議客戶輻射測試時用蓄電池加1.5米線做輸入源，排除Adapter造成的幹擾。另外，測試中調整Snubber參數，在效率和EMI中取得一個平衡點,RC的值不能加的過大
，以免導致IC 過熱。所以，幹擾源噪聲比較大時，要考慮多種措施同時使用，以取得最優的效果。

 

 

經過整改後，優化了layout
，順利通過了輻射測試。從這個項目，總結一些經驗。首先，確定騷擾源和發射天線，增加Snubber電路吸收騷擾源的高頻諧波。其次， 判斷耦合路徑，重點通過優化layout
，使諧波就近通過電容旁路，減少騷擾源的高頻騷擾到外接長線的耦合。EMC設計的本質，就是如何處理好諧波的問題。