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導(dǎo)航欄目

開關(guān)電源噪聲-EMC

發(fā)布日期： 2021-11-11 瀏覽次數(shù)： 1,018

? ? ? ? ? ? 從本文開始將圍繞“開關(guān)噪聲-EMC”這一主題，對(duì)開關(guān)電源相關(guān)的 EMC 及其對(duì)策等進(jìn)行解說。計(jì)劃先介紹 EMC 相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，然后再探討噪聲對(duì)策相關(guān)的內(nèi)容。EMC 是 Electromagnetic Compatibility（電磁兼容性）的縮寫，在日語中多用“電磁兩立性”或“電磁適合性”等字樣來表達(dá)，可能還有其他一些表述方式。意為“不對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，即使受到來自其他設(shè)備的電磁干擾仍保持原有的性能”，因需要兼?zhèn)鋬煞N性能而被稱為“電磁兼容性”?！安粚?duì)其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾”是指如果沒有意識(shí)地確保這一性能就會(huì)給其他設(shè)備帶來電磁干擾。EMI（Electromagnetic Interference）是表示電磁干擾（電磁干涉、電磁妨礙）的術(shù)語。由于發(fā)射電磁波會(huì)導(dǎo)致干擾，所以經(jīng)常與Emission（輻射、發(fā)射）這一術(shù)語成對(duì)使用。從開關(guān)電源方面講，是指因開/關(guān)工作而產(chǎn)生開關(guān)噪聲。與之相反的“ 即使受到來自其他設(shè)備的電磁干擾” 相關(guān)的術(shù)語是 EMS（Electromagnetic Susceptibility）－電磁敏感性。EMS 多與 Immunity（耐受性、抗擾度、排除能力）成對(duì)使用。要求具備“即使受到 EMI，也不會(huì)引起誤動(dòng)作等問題”的耐受能力。EMI 分為傳導(dǎo)噪聲（Conducted Emission）和輻射噪聲（Radiated Emission）兩種。這兩個(gè)術(shù)語在日文中用日語表達(dá)多于用英語縮寫表達(dá)。傳導(dǎo)噪聲是指經(jīng)由線體或 PCB 板布線傳導(dǎo)的噪聲。輻射噪聲是指排放（輻射）到環(huán)境中的噪聲。對(duì)于這些噪聲，EMS 中分別都有抗擾度要求。

開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲

首先，使用同步整流型降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的等效電路來了解一下開關(guān)電流的路徑。

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SW1為高邊開關(guān)，SW2為低邊開關(guān)。SW1導(dǎo)通（SW2為OFF）時(shí)，電流路徑是從輸入電容器到SW1、再經(jīng)由電感L到輸出電容器。SW2導(dǎo)通（SW1為OFF）時(shí)，電流路徑是從SW2經(jīng)由L再到輸出電容器。下圖表示這些電流路徑的差分，每當(dāng)開關(guān)ON/OFF時(shí)，紅色線路的電流都會(huì)急劇變化。該環(huán)路的電流變化非常劇烈，所以會(huì)因PCB板布線電感而在環(huán)路內(nèi)會(huì)產(chǎn)生高頻振鈴。

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圖中表示構(gòu)成電源電路的外置部件、實(shí)裝多層電路板的寄生分量及振鈴的關(guān)系。

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紅色部分標(biāo)出的是上圖所表示的電流在急劇變化的環(huán)路中的寄生分量。布線中存在布線電感，通常每1mm有1nH左右的電感。另外，電容器中存在等效串聯(lián)電感ESL，MOSFET的各引腳間存在寄生電容。因此，如紅框內(nèi)的圖例所示，開關(guān)節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生100MHz～300MHz的振鈴。所產(chǎn)生的電流及電壓，可通過兩個(gè)公式求得。

此振鈴會(huì)作為高頻開關(guān)噪聲帶來各種影響。雖然有采取相應(yīng)的措施，但由于無法從電源IC處去除安裝電路板的寄生分量，因此只能通過PCB板布局設(shè)計(jì)及采用去藕電容來解決。關(guān)于PCB板布局，在DC/DC轉(zhuǎn)換器的“PCB板布局”部分有詳細(xì)介紹，請(qǐng)參考。