中心議題：

• 電源轉換器的低EMI設計

解決方案

• 熱性能、電磁幹擾以及與PCB布局和電磁幹擾相關的方案

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)bixuzugoudi。buguo，dianyuandedianciganraoshuipingqueshishejizhongzuinanjingqueyujidexiangmu。youxierenshenzhirenweizhejianzhishibukenengde，shejirenyuannengzuodezuiduojiushizaishejizhongjinxingchongfenkaolv
，youqizaibujushi。

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youQ1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(Q1on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HenryOtt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)。

　

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

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)。這zhe其qi實shi是shi一yi個ge迭die代dai過guo程cheng，甚shen至zhi連lian經jing驗yan最zui豐feng富fu的de電dian源yuan設she計ji人ren員yuan都dou使shi用yong這zhe種zhong方fang法fa。我wo們men的de最zui終zhong目mu標biao是shi通tong過guo放fang慢man晶jing體ti管guan的de通tong斷duan速su度du，使shi電dian磁ci幹gan擾rao降jiang低di至zhi可ke接jie受shou的de水shui平ping
，同tong時shi保bao證zheng其qi溫wen度du足zu夠gou低di以yi確que保bao穩wen定ding性xing。

 

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[page]

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20dB。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：shejirenyuanxiwangjiangdizuizhonggonglvjizhongdedianciganrao。wozhishijiandandijianggaopinshuchudianrongqiyidongdaogengkaojinshuchujideweizhi
，qihuilumianjijiudayuezhishengyuanlaideyiban，erdianciganraojiujiangdileyue6dB。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。