開關電源BUCK 拓撲的EMI對策

　　電磁干擾的來源

　　開關電源與 LDO 相比，具有效率高、體積小、可升壓等顯著優(yōu)點，但是開關電源在工作時，會對外產生電磁輻射，若輻射過大，則會對周圍器件造成嚴重影響，導致系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作。要實現(xiàn)抑制電源對外的電磁輻射，首先應明確電磁輻射產生的機理與源頭。開關電源是通過功率管打開時給電感充電，電感儲能；功率管斷開時，電感釋放能量，實現(xiàn)電壓變換。

? ? ?由于功率管、續(xù)流二極管不斷的打開與關斷，造成電流不連續(xù)，此變化電流會產生尖峰電壓（由 V=L*di/dt 可以推導出，尖峰電壓等于電流回路中的寄生電感乘以電流變化率，L 是開關電流回路的寄生電感），此尖峰電壓會產生較大的電磁干擾，可以通過抑制此尖峰電壓來降低電磁干擾。通?？梢酝ㄟ^以下幾種方法來降低開關電源對外產生的電磁干擾。

　　改善方法一：縮短開關電流回路

　　BUCK 拓撲電流回路圖，以系統(tǒng)工作在連續(xù)狀態(tài)下為例。

　　由“圖 1”可知，當功率管 Q1 打開時，電流回路是 CIN-》Q1-》L1-》COUT；當 Q1 閉合時，電流回路是 L1-》COUT-》D1；不論功率管 Q1 打開還是關斷，電流均流過 L1 和 COUT，表明流過 L1 和 COUT 處電流是連續(xù)電流，流過 CIN、Q1、D1 的電流是開關電流，開關電流會在寄生電感上產生毛刺電壓，對外輻射電磁波。由 V=L*di/dt 可知，在 di/dt 不變的條件下，可以通過縮短 CIN、Q1、D1 的電流回路，來減少開關電流回路的寄生參數(shù)，從而實現(xiàn)降低系統(tǒng)產生的電磁輻射。

　　改善方法二：降低電流變化率

　　降低開關電流變化率（即降低 di/dt 的值），首先在使用條件不變的情況下，電流的變化量基本不會變化，只好通過延長電流的變化時間來降低 di/dt 的值。可以通過使用開關速度稍慢的二極管來降低 D1 回路電流變化率，但是使用開關速度稍慢的超快恢復二極管，會導致二極管的損耗增大，不僅會影響效率，還會導致二極管溫度過高，反向漏電流增大，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　改善方法三：抑制高頻噪聲

　　參考“圖 2”，肖特基本身具有寄生電容，回路上存在寄生電感；開關電流會流過肖特基 D1，寄生的電感、電容會產生振鈴，若振蕩頻率超過 30MHz，進入輻射測試頻率段，則會被測試儀器捕捉到。我們可以通過在肖特基處串聯(lián)磁珠來濾除高頻信號，降低高頻信號對外電磁輻射能量。但是肖特基上串聯(lián)磁珠，會產生較大負向尖峰電壓，需要控制輸入電壓與尖峰電壓絕對值之和小于芯片的耐壓，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　備注：我們常用的貼片式磁珠材料主要是有磁粉、鎳、銀漿三大部分組成，其在高頻條件下具有相當大的阻抗，可以吸收高頻信號（通常 30MHz 以上為高頻）。

　　改善方法四：添加 RC 吸收電路

　　在無法進一步降低系統(tǒng)自生的干擾時，可以通過外加對策器件來進一步抑制；在芯片 SW 與 GND 之間并聯(lián) RC 吸收電路不僅可以吸收寄生參數(shù)產生的毛刺電壓，也可以改變諧振頻率，從而實現(xiàn)抑制電磁輻射。通?！胺桨溉迸c“方案四” 組合使用，抑制效果較佳。相應的電路圖如圖 3 所示：

　　改善方法五：添加共模電感

　　輻射測試點頻率段為30M到1000M，此頻率段對應的波長是0.3米到10米，如果要發(fā)射一定波長的電磁波，需要一根發(fā)射天線，成為天線的必要條件是長度至少要大于波長的二十分之一，當天線是電磁波半波長的整數(shù)倍時，發(fā)射功率最大。通常輸出端的電源線均比較長，有可能成為對外發(fā)射電磁波的天線，可以通過在系統(tǒng)輸出端串聯(lián)共模電感（參考“圖4”），濾除共模信號來抑制輻射超標，但同時共模電感具有體積大、成本高、不易加工等缺點，不適合應用于小體積、低成本方案。