電源是我們所有人都認(rèn)為理所當(dāng)然的系統(tǒng)之一。電源設(shè)計(jì)中每個(gè)人的首要任務(wù)通常是確保電壓和電流輸出達(dá)到所需的水平，可能還要考慮散熱因素。但是，由于安全問題，EMC要求，使用更高的PWM頻率以及需要更小的封裝，電源EMI應(yīng)該是主要的設(shè)計(jì)考慮因素。電源EMI應(yīng)由設(shè)計(jì)者自擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槲赐ㄟ^EMC測(cè)試將導(dǎo)致一系列重新設(shè)計(jì)，從而浪費(fèi)時(shí)間和金錢。

話雖如此，電源EMI的主要來源是什么，電源設(shè)計(jì)人員如何才能對(duì)其進(jìn)行檢查？來自電源的EMI主要表現(xiàn)為傳導(dǎo)EMI被驅(qū)動(dòng)至負(fù)載，但該器件也存在輻射EMI，尤其是在設(shè)計(jì)大電流開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)。盡管我們不能在本文中介紹每一個(gè)方面，但我將整理一系列策略，以幫助您開始解決一些常見的電源EMI問題。

查找電源EMI的原因

如上所述，盡管開關(guān)電源中可能存在特別強(qiáng)的輻射EMI，但電源主要輸出傳導(dǎo)的EMI。在考慮電源中的EMI時(shí)，在規(guī)劃PCB布局時(shí)，我們需要考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及是否要解決有害電流或有害發(fā)射問題。與高頻，大電流開關(guān)穩(wěn)壓器相比，簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓器或LDO解決的問題更少。

在下表中，我概述了三種常見的EMI來源及其在電源設(shè)備和板載穩(wěn)壓器電路中的產(chǎn)生。有時(shí)，我們有時(shí)需要區(qū)分電源內(nèi)部發(fā)生的EMI和連接到電源的電路板接收到的EMI。實(shí)際上，每種類型的系統(tǒng)中EMI的大小都是規(guī)模問題。產(chǎn)生EMI的基本機(jī)制在嵌入式電源調(diào)節(jié)器和電源單元中是相同的。

有關(guān)這些區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域的卷均已編寫，并且每個(gè)區(qū)域都不能孤立。例如，各種操作模式（例如，振鈴）和開關(guān)參數(shù)（高PWM頻率）可以組合以產(chǎn)生共模電流，然后產(chǎn)生共模EMI或傳導(dǎo)至下游組件以減少總功率輸出。

讓我們簡(jiǎn)要地看一下這些領(lǐng)域中的每一個(gè)，以了解它們與電源EMI的關(guān)系。

共模電流

共模電流的驅(qū)動(dòng)器有點(diǎn)違反直覺。共模電流是一種電效應(yīng)，是由電場(chǎng)變化驅(qū)動(dòng)的，因此電源中的共模電流是由返回機(jī)箱的寄生電容而不是寄生電感來介導(dǎo)的。下圖顯示了電源的直流調(diào)節(jié)部分中的輸入電流示例，該電流在PWR / GND導(dǎo)軌上顯示為共模噪聲。

示例路徑，其后是通過寄生電容的共模電流。在具有單獨(dú)的系統(tǒng)，信號(hào)和機(jī)箱接地的PCB上可能會(huì)發(fā)生相同的影響。

請(qǐng)注意，即使從交流市電輸入中濾除了輸入共模噪聲之后，該電流路徑仍會(huì)出現(xiàn)在系統(tǒng)中。它還可能具有非常大的環(huán)路電感，從而創(chuàng)建了發(fā)射或接收EMI的新位置。

為什么要這樣開始呢？原因是上圖中的點(diǎn)A和底盤之間存在電位差，從而允許一些電流通過寄生電容傳導(dǎo)回干線。在具有分開的接地部分的以太網(wǎng)板上也可能發(fā)生類似的問題，其中共模噪聲會(huì)耦合到以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)鏈路的PHY端。

解決方案：這取決于共模電流進(jìn)入系統(tǒng)的方式。對(duì)于來自交流電源的傳導(dǎo)電流，您將需要對(duì)電源輸出進(jìn)行一些過濾。共模扼流圈是標(biāo)準(zhǔn)配置，或者您可以使用pi濾波器進(jìn)行額外的濾波。在某些系統(tǒng)中，例如以太網(wǎng)交換機(jī)，會(huì)發(fā)生共模電流，但是您的工作是通過跟蹤返回路徑來防止它們傳導(dǎo)到敏感電路中。

是什么導(dǎo)致寄生振鈴？

在上表中，我確定了可能發(fā)生振鈴的幾種原因，尤其是在不連續(xù)模式下。但是，寄生效應(yīng)也可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)中的阻尼條件發(fā)生變化，從而導(dǎo)致振鈴引起的阻尼不足。在實(shí)際組件中發(fā)現(xiàn)了許多會(huì)影響振鈴的寄生效應(yīng)。除了預(yù)期的以外，還會(huì)發(fā)生這種情況。振鈴的主要參與者包括：

MOSFET引線電感，體電容

電感/變壓器繞組電容

PCB布局中電流路徑中的寄生電感

電路中寄生物與預(yù)期的RLC元素之間的相互作用

電源布局中的寄生物和所需組件形成等效的RLC電路，該電路可能顯示出衰減不足的諧振。振鈴出現(xiàn)在輸出上的差模噪聲中，功率譜跨越高M(jìn)Hz頻率，具體取決于寄生電路形成的等效RLC電路的諧振頻率。

利用SPICE仿真可以在瞬態(tài)分析中識(shí)別出阻尼不足的諧振。

解決方案：使用寄生效應(yīng)較小的組件，這在物理上可能意味著更大或更小的組件。不幸的是，無論是在實(shí)踐中還是在仿真中，這都不像聽起來那樣容易。此外，您需要關(guān)注設(shè)計(jì)中最重要的寄生因素，并且需要接受的是，布局永遠(yuǎn)不會(huì)完全擺脫寄生因素。

輻射EMI

輻射EMI有兩個(gè)主要來源。首先，每當(dāng)MOSFET開關(guān)時(shí)，它就會(huì)在開關(guān)穩(wěn)壓器中以突發(fā)方式發(fā)生，這還會(huì)產(chǎn)生一些跨越較寬功率譜的傳導(dǎo)EMI（請(qǐng)參見下文）。其次，共模電流也是輻射EMI的來源。這兩個(gè)源的輻射方向圖可能非常復(fù)雜，并且可能跨越多個(gè)諧波。

解決方案：您需要使用低通濾波來嘗試消除電源輸出中的某些傳導(dǎo)（差分模式）EMI。通過專注于降低共模電流，可以顯著降低輻射EMI，共模電流的強(qiáng)度約為差模輻射EMI的100倍。盡管可以通過在開關(guān)部分附近澆灌接地并確保低環(huán)路電感布線來抑制電磁輻射，但開關(guān)電磁輻射產(chǎn)生的電磁干擾在很大程度上是不可避免的。

來自降壓轉(zhuǎn)換器的示例傳導(dǎo)和輻射EMI頻譜。

請(qǐng)注意，上面顯示的傳導(dǎo)EMI頻譜也可能出現(xiàn)在輻射EMI頻譜中。從開關(guān)晶體中也可以看到這一點(diǎn)，由于沿時(shí)鐘信號(hào)線路徑的環(huán)路電感較大，開關(guān)晶體會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的輻射。當(dāng)高頻PWM信號(hào)未在大參考平面附近布線時(shí)，可能會(huì)發(fā)生同樣的情況。這個(gè)次要問題與布線有關(guān)，而不是與MOSFET或其他開關(guān)組件的開關(guān)性質(zhì)有關(guān)。

無法通過簡(jiǎn)單的SPICE仿真來診斷這些類型的EMI，因?yàn)樗鼈冊(cè)诤艽蟪潭壬先Q于物理布局。但是，場(chǎng)求解器實(shí)用程序可以幫助您確定布局中具有強(qiáng)輻射發(fā)射，強(qiáng)振鈴和共模電流的位置。