最大限度地降低电源中的 EMI

现代电子系统正变得越来越密集，集成度越来越高。本文将介绍一些经过实践检验的降低电源系统设计中电磁干扰 (EMI) 水平的方法。设计人员在设计阶段的后期必须意识到严重的 EMI 问题，否则可能会导致过多的金钱和时间成本。

本文讨论如何在滤波器尺寸和成本方面改善 EMI，同时减少设计时间和复杂性，尤其是在开关模式电源 (SMPS) 中。

功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 中的开关效应是系统中重要的 EMI 源。这种效应最终会影响系统可靠性。

EMI 主要出现在不连续的输入电流、开关节点的高压摆率以及由电源环路内的寄生电感引起的开关边缘的更多振铃。

SMPS 中的 EMI 来源

EMI 问题无法在电路设计阶段的后期得到解决，因为它可能会导致成本和时间的浪费。

例如，考虑图 1中的降压转换器。它演示了每个元件如何在各个频带内展现自己。

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1. 图中显示的是 SMPS 中 EMI 源的一个典型示例(德州仪器提供)

为了降低 SMPS 的成本和尺寸，设计人员目前正在尝试提高开关频率，这也将提高效率。然而，这种向更高开关频率的转变将导致更多的 EMI 问题。现在，设计人员需要自由地集成不会影响电源设计的 EMI 缓解方法。

上述规则已在行业标准规范中得到充分确立，例如针对汽车行业的国际无线电干扰特别委员会 (CISPR) 25 和针对多媒体设备的 CISPR 32。干扰将被限制在特定水平，易受影响的电路将能够处理该水平的干扰。

减少干扰的方法

设计师必须了解每个特定应用的适用标准。了解如何测量 EMI 也很重要，因为这些知识将使工程师更好地了解如何降低 EMI。

在涉及长线束的汽车设计中，传导 EMI 与最新车辆中线束数量的增加有关。预防或减轻 EMI 的一些最佳方法如下：

屏蔽

这可能是控制耦合或辐射 EMI 的最佳方法。可以使用屏蔽金属外壳和涂层。此外，电缆也应屏蔽，以防止外部 EMI 影响敏感元件。

过滤

使用滤波器消除不需要的信号。无源滤波器通常用于将 EMI 降至最低。此外，交流线路滤波器可以防止不需要的信号进入电源或其他供电电路。集成有源 EMI 滤波器将有助于降低系统输入端的差模 (DM) 传导辐射，因为它可以充当非常有效的低阻抗分流器(图 2)。

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2. 这是一个带有感应器、补偿元件和注入电容器 (Cinj) 的有源 EMI 滤波器。

铁氧体磁珠还可以抑制高频噪声。

接地

接地通常为 EMI 提供低阻抗路径。当系统正确接地时，EMI 会从关键设备转移，从而提高电源质量。确保在印刷电路板 (PCB) 上使用正确的接地，并尽可能缩短走线长度并远离 PCB 边缘。此外，尽量减少 PCB 上的环路面积以减少辐射发射。

双绞线电缆也有助于降低共模噪声。

更多布局技巧

让我们看一下典型 DC-DC 降压转换器的 PCB 布局，这对于实现最佳性能至关重要。PCB 布局是实现转换器最佳 EMI 性能的关键因素。在降压转换器中，由输入电容器和电源接地形成的环路是最关键的区域。该环路将具有较大的瞬态电流，当它们与走线电感发生反应时会导致高瞬态电压。

设计人员必须注意此环路中的走线，这些走线必须宽而短。环路面积也必须尽可能小，以减少寄生电感(图 3)。参考文献 2 中给出了完整的布局指南。

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3. 输入电流环路的走线必须宽而短。环路面积也应尽可能小，以减少寄生电感。

避免 EMI 干扰

设计中的 EMI 可能会毁掉设计师的一天。当电气/电子系统产生的电磁场相互干扰时，就会出现 EMI。这可能会导致电路严重中断，从而导致影响附近电子设备的中断。如本文所述，可以采用多种方法来最大限度地减少 EMI。