浮梁电工培训学校,浮梁电工培训班

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下面小编将从以下几点出发，首先概述了在复杂的电子系统中电源带来的严重问题：即 EMI，通常简称为噪声。电源会产生 EMI，必须加以解决，那么问题的根源是什么?通常有何缓解措施?本文介绍减少 EMI 的策略，提出了一种解决方案，能够减少 EMI、保持效率，并将电源放入有限的解决方案空间中。

有限且不断缩小的电路板空间、紧张的设计周期以及严格的电磁干扰(EMI)规范(例如 CISPR 32 和 CISPR 25)这些限制因素，都导致获得具有高效率和良好热性能电源的难度很大。在整个设计周期中，电源设计通常基本处于设计过程的 后阶段，设计人员需要努力将复杂的电源挤进更紧凑的空间，这使问题变得更加复杂，非常令人沮丧。为了按时完成设计，只能在性能方面做些让步，把问题丢给测试和验证环节去处理。简单、高性能和解决方案尺寸三个考虑因素通常相互冲突：只能优先考虑一两个，而放弃第三个，尤其当设计期限临近时。牺牲一些性能变得司空见惯;其实不应该是这样的。

什么是 EMI?

电磁干扰是会干扰系统性能的电磁信号。这种干扰通过电磁感应、静电耦合或传导来影响电路。它对汽车、医疗以及测试与测量设备制造商来说，是一项关键设计挑战。上面提到的许多限制和不断提高的电源性能要求(功率密度增加、开关频率更高以及电流更大)只会扩大 EMI 的影响，因此亟需解决方案来减 少 EMI。许多行业都要求必须满足 EMI 标准，如果在设计初期不加以考虑，则会严重影响产品的上市时间。

EMI 耦合类型

EMI 是电子系统中的干扰源与接收器(即电子系统中的一些元件)耦合时所产生的问题。EMI 按其耦合介质可归类为：传导或辐射。

传导 EMI(低频，450 kHz 至 30 MHz)

传导 EMI 通过寄生阻抗以及电源和接地连接以传导方式耦合到元件。噪声通过传导传输到另一个器件或电路。传导 EMI 可以进一步分为共模噪声和差模噪声。

共模噪声通过寄生电容和高 dV/dt (C × dV/dt)进行传导。它通过寄生电容沿着任意信号(正或负)到 GND 的路径传输，如图 1 所示。

差模噪声通过寄生电感(磁耦合)和高 di/dt (L × di/dt)进行传导。

图 1. 差模和共模噪声

辐射 EMI(高频，30 MHz 至 1 GHz)

辐射 EMI 是通过磁场能量以无线方式传输到待测器件的噪声。在开关电源中，该噪声是高 di/dt 与寄生电感耦合的结果。辐射噪声会影响邻近的器件。

EMI 控制技术

解决电源中 EMI 相关问题的典型方法是什么?首先，确定 EMI 就是一个问题。这看似很显而易见，但是确定其具体情况可能非常耗时，因为它需要使用 EMI 测试室(并非随处都有)，以便对电源产生的电磁能量进行量化，并确定该电磁能量是否符合系统的 EMI 标准要求。

假设经过测试，电源会带来 EMI 问题，那么设计人员将面临通过多种传统的校正策略来减少 EMI 的过程，其中括：

布局优化：精心的电源布局与选择合适的电源组件同样重要。成功的布局很大程度上取决于电源设计人员的经验水平。布局优化本质上是个迭代过程，经验丰富的电源设计人员有助于 大限度地减少迭代次数，从而避免耽误时间和产生额外的设计成本。问题是：内部人员往往不具备这些经验。

X 缓冲器：一些设计人员会提前规划并为简单的缓冲器电路(从开关节点到 GND 的简单 RC 滤波器)提供占位面积。这样可以抑制开关节点的振铃现象(一项产生 EMI 的因素)，但是这种技术会导致损耗增加，从而对效率产生负面影响。

X 降低边沿速率：减少开关节点的振铃也可以通过降低栅极导通的压摆率来实现。不幸的是，与缓冲器类似，这会对整个系统的效率产生负面影响。

展频(SSFM)：许多 ADI 公司的 Power by Linear开关稳压器都提供该特性，它有助于产品设计通过严格的 EMI 测试标准。采用 SSFM 技术，在已知范围内(例如，编程频率 fSW 上下±10%的变化范围)对驱动开关频率的时钟进行调制。这有助于将峰值噪声能量分配到更宽的频率范围内。

X 滤波器和屏蔽：滤波器和屏蔽总是会占用大量的成本和空间。它们也使生产复杂化。

以上所有制约措施都可以减少噪声，但是它们也都存在缺 陷。 大限度地减少电源设计中的噪声通常能够彻底解决问 题，但却很难实现。ADI 公司的 Silent Switcher® 和 Silent Switcher 2 稳压器在稳压器端实现了低噪声，从而无需额外的滤波、屏蔽或大量布局迭代。由于不必采用昂贵的反制措施，加快了产品上市时间并节省大量的成本。

大限度地减小电流回路

为了减少 EMI，必须确定电源电路中的热回路(高 di/dt 回路)并减少其影响。热回路如图 2 所示。在标准降压转换器的一个周期内，当 M1 关闭而 M2 打开时，交流电流沿着蓝色回路流动。在 M1 打开而 M2 关闭的关闭周期中，电流沿着绿色回路流动。产生 高 EMI 的回路并非完全直观可见，它既不是蓝色回路也不是绿 色回路，而是传导全开关交流电流(从零切换到 IPEAK ，然后再切换回零)的紫色回路。该回路称为热回路，因为它的交流和 EMI 能量 大。

导致电磁噪声和开关振铃的是开关稳压器热回路中的高 di/dt 和寄生电感。要减少 EMI 并改进功能，需要尽量减少紫色回路的辐射效应。热回路的电磁辐射骚扰随其面积的增加而增加，因此，如果可能的话，将热回路的 PC 面积减小到零，并使用零阻抗理想电容可以解决该问题。

图 2. 降压转换器的热回路

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(编辑:浮梁电工培训学校)