MOSFET驱动信号振荡引起辐射发射测试超标整改案例

大家好，我是僧哥。

我之前在文章中有写过关于mos栅极振荡如何解决？驱动端的电阻值取多大合适的文章。具体可参考mos管栅极电阻要不要加，选多大值？

本文主要探究下MOS驱动信号振荡引起的辐射超标问题，具体如下

问题现象描述：

某功率电源产品，在辐射发射测试时,发现160MHz频点附近超出标准限值，具体辐射发射测试数据如下所示：

图1：辐射发射测试数据（一）

问题原因分析：

使用频谱分析仪近场探头，扫描到噪声来自Boost PFC电路，使用近场探头不断缩小噪声源范围，发现越靠近Boost PFC电路控制芯片处，噪声能量越强，而靠近功率电路端反而噪声能量变弱。

由于Boost PFC电路是高压大电流电路，频率分析仪的探头只能承受48V左右的电压，无法用频谱分析仪的尖状探头查找具体位置。使用示波器测量Boost PFC电路驱动信号的波形，发现靠近功率MOSFET栅极引脚处的波形非常接近理想的方波信号，靠近Boost PFC驱动芯片输出引脚的驱动信号存在明显的振荡，振荡频率与辐射发射超标频率完全吻合，Boost PFC驱动芯片驱动信号输出引脚波形如下图所示：    

图2：驱动芯片引脚处驱动信号波形（对策前）

分析PCB Layout设计，发现Boost PFC MOSFET驱动信号因单面板设计，而存在多次换层使用跳线的情况，PCB Layout如下图所示：

图3：驱动信号PCB Layout布线

板卡PCB Layout采用单面板设计，控制芯片输出到MOSFET栅极引脚的驱动信号存在多根跳线、多个过孔，导致驱动信号布线寄生电感较大，引起驱动信号电压振荡。而靠近MOSFET栅极引脚处有串联电阻，可以抑制其电压振荡，靠近芯片端由于没有串联电阻无法抑制电压振荡。    

问题解决方案：

靠近控制芯片引脚处增加20ohm串联电阻，重新测量控制芯片驱动信号引脚处的电压波形，发现振荡被消除。增加电阻将原来LC电路变成LRC电路，可以有效抑制寄生振荡，导入对策后的控制芯片引脚处电压波形如下图所示：

图4：驱动芯片引脚处驱动信号波形（对策后）

驱动信号波形中的振荡被有效抑制后，使用频谱分析仪近场探头重新扫描Boost PFC电路，发现噪声能量也跟着消失，重新进行辐射发射测试，超标频点也消失，测试数据也满足标准限值要求，对策后辐射发射测试数据如下所示：

图1：辐射发射测试数据（二）    

【案例总结说明】：

    寄生振荡是功率开关电源产品辐射发射测试超标的主要干扰来源，寄生振荡通常是由功率开关器件的寄生电容与PCB Layout布线的寄生电感组成，PCB布线的寄生电感与布线长度、过孔、跳线高度相关，需要严格控制。