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实用技巧：如何在降压转换器中减少EMI

面包板社区 · 公众号 · · 2024-05-14 18:12

正文

在开关模式降压转换器中，如何缓解电磁干扰（EMI）是一个常见的议题。EMI通常由高频电流流动所引起。本应用笔记首先讨论了由输入电流引起的EMI问题，并提出相对应的解决方案，以及其他更多如何减少EMI的方法。在文末，也会介绍一种简单的EMI测量工具的制作实用指南，以及如何有效利用这些工具进行测试的建议。

1 EMI的成因与解决

在开关模式降压转换器中，电磁干扰（EMI）主要是由于高频电流在电路回路中流动所引起的。

图1

输入电流I1的dI/dt非常高，可能在广泛的频谱范围内产生大量的电磁干扰（EMI）。如图1所示，应尽可能地将面积A1降至最小。Cin应尽可能地靠近IC的VIN引脚和GND引脚之间放置，详见图2。

图2

2 其他减少降压转换器中电磁干扰的方式

图3

如图3所示，在Cboot与Rboot之间串联一个电阻。Rboot减少了Q1的开关驱动电流，这增加了开关波形的上升时间，从而减少了开关电流的高次谐波。Rboot的值取决于高侧MOSFET的大小。对于大多数应用，通常使用约5 ~ 10Ω。对于较小（Rdson较高）的MOSFET，允许使用较大的Rboot值。请注意，MOSFET开关的缓慢切换将增加开关损耗并降低效率。

图4

如可能，将RC抑制电路尽可能加在靠近开关节点和电源接地之间。

Rs将对由MOSFET电容和开关回路的寄生电感组成的寄生共振LC电路进行抑制，如图4所示。Rs的最优值取决于总开关节点电容和寄生电感。Rs通常范围从2.2Ω到10Ω。

串联电容器Cs的选择为电路寄生电容的3 ~ 4倍。通常，470pF ~ 1nF就足够了。

放置RC 抑制电路后，一定要检查电路的总功耗：转换器效率会下降，尤其是在高开关频率和高输入电压下。

图5

如图5所示，将RL抑制电路与共振电路串联。这将在共振电路中添加一小部分串联电阻，足以提供一些阻尼。Ls可以是一个非常小的高频磁珠，如BLM15AX100SN1或BLM15PG100SN1，并且必须具有足够的输入RMS电流额定值。Rs通常范围从2.2Ω ~ 4.7Ω。

RL抑制电路必须靠近电源阶段输入节点放置，使输入回路保持足够小。RL 抑制电路的一个缺点是，它在开关回路的高频区域创建了阻抗Rs。在非常快的开关过渡期间，开关电流脉冲将在Ls//Rs上产生短暂的电压故障，导致在电源阶段输入节点上产生一个小的电压故障。添加RL抑制电路后，一定要检查在最大负载开关时IC VIN节点上的电压故障。

图6

输入滤波对于减少EMI非常重要。为了减少Cin通过的电压降，请使用低ESR的MLCC类型并使用不同大小的多个电容器，如2x10µF 1206和一个靠近降压IC的22n ~ 100nF 0402或0603尺寸类型。为了减少输入回路中的噪声，强烈建议在输入线中添加额外的L-C滤波。当使用纯电感为L2时，可能需要添加电解电容器C3来抑制任何输入电源的振铃信号并确保稳定的输入电源。

3 自己制作简单的EMI测量工具

我们可以使用一个小环形天线在PCB上进行近场EMI测量。使用一段薄的50Ω同轴电缆可以很容易地自行制作一个小型的电屏蔽环形天线：见图7。

图7. 高频电流环

环形天线可以连接到频谱分析仪。通过在应用PCB上移动环形天线，可以看到哪些区域发出大量的高频磁场。也可以将环形天线连接到示波器（终端为50Ω），示波器将显示PCB某些区域的切换噪声水平。通过将环形天线保持在固定的距离和位置，变更电路/PCB回路，并且可以检查辐射噪声水平是增加还是减少。

转换器输入线路中的高频电流是辐射EMI的一个好指标。可以通过将几匝线圈穿过一个EMI铁芯，来制作一个高频电流探头：这些将形成一个高频电流变压器。其做法与环型天线的做法差不多，但需要将环形线圈3次穿过铁芯。见图8。

图8. 高频电流探头构造

现在可以将电缆穿过铁芯来测量电缆中的高频电流。电流变压器输出可以连接到频谱分析仪或示波器（终端为50Ω）。为了避免共模电流从被测设备流动到测量设备，建议在电缆中添加一个共模电感：这可以通过将引入分析装置的电缆多次穿过一个扣合式的EMI铁芯来实现。输入共模测量如图9所示。

图9

来源：立錡科技

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