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资深工程师电源设计策略:如何避免传导EMI问题

导读: 两个导体之间的电容与导体表面积成正比,与二者之间的距离成反比。查看电路中的每个节点,并特别注意具有高 dV/dt 的节点。想想电路布局中该节点的表面积是多少,节点距离电路板输入线路有多远。

(作者:Brian King)

  大部分传导 EMI 问题都是由共模噪声引起的。而且,大部分共模噪声问题都是由电源中的寄生电容导致的。

  我们着重讨论当寄生电容直接耦合到电源输入电线时会发生的情况

  1. 只需几 fF 的杂散电容就会导致 EMI 扫描失败。从本质上讲,开关电源具有提供高 dV/dt 的节点。寄生电容与高 dV/dt 的混合会产生 EMI 问题。在寄生电容的另一端连接至电源输入端时,会有少量电流直接泵送至电源线。

  2. 查看电源中的寄生电容。我们都记得物理课上讲过,两个导体之间的电容与导体表面积成正比,与二者之间的距离成反比。查看电路中的每个节点,并特别注意具有高 dV/dt 的节点。想想电路布局中该节点的表面积是多少,节点距离电路板输入线路有多远。开关 MOSFET 的漏极和缓冲电路是常见的罪魁祸首。

  3. 减小表面面积有技巧。试着尽量使用表面贴装封装。采用直立式 TO-220 封装的 FET 具有极大的漏极选项卡 (drain tab) 表面面积,可惜的是它通常碰巧是具有最高 dV/dt 的节点。尝试使用表面贴装 DPAK 或 D2PAK FET 取代。在 DPAK 选项卡下面的低层 PCB 上安放一个初级接地面板,就可良好遮蔽 FET 的底部,从而可显着减少寄生电容。

  有时候表面面积需要用于散热。如果您必须使用带散热片的 TO-220 类 FET,尝试将散热片连接至初级接地(而不是大地接地)。这样不仅有助于遮蔽 FET,而且还有助于减少杂散电容。

  4. 让开关节点与输入连接之间拉开距离。见图 1 中的设计实例,其中我忽视了这个简单原则。

资深工程师电源设计策略:如何避免传导EMI问题

  图 1. 让输入布线与具有高 dV/dt 的节点靠得太近会增加传导 EMI。

  我通过简单调整电路板(无电路变化),将噪声降低了大约 6dB。见图 2 和图 3 的测量结果。在有些情况下,接近高 dV/dt 进行输入线路布线甚至还可击坏共模线圈 (CMC)。

资深工程师电源设计策略:如何避免传导EMI问题

  图 2. 从电路板布局进行 EMI 扫描,其中 AC 输入与开关电路距离较近

资深工程师电源设计策略:如何避免传导EMI问题

  图 3. 从电路板布局进行 EMI 扫描,其中 AC 输入与开关电路之间距离较大

  您是否有过在显着加强输入滤波器后 EMI 改善效果很小甚至没有改善的这种遭遇?这很有可能是因为有一些来自某个高 dV/dt 节点的杂散电容直接耦合到输入线路,有效绕过了您的 CMC。为了检测这种情况,可临时短路 PCB 上 CMC 的绕组,并将一个二级 CMC 与电路板的输入电线串联。如果有明显改善,您需要重新布局电路板,并格外注意输入连接的布局与布线。
 

责任编辑:Mandy
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