電源模塊的電磁干擾設計

　　開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的物理回路面積對于控制電磁干擾也非常重要。通常，出于PCB面積的考慮，設計者都希望結構越緊湊越好，但是許多設計人員并不知道哪部分布局對電磁干擾的影響最大?；氐街暗慕祲悍€壓器例子上，該例中有兩個(gè)回路節點(diǎn)（如圖4和圖5所示），它們的尺寸會(huì )直接影響到電磁干擾水平。

圖4 降壓穩壓器模型1

圖5 降壓穩壓器模型2

　　Ott關(guān)于不同模式電磁干擾水平的公式（2）示意了回路面積對電路電磁干擾水平產(chǎn)生的直接線(xiàn)性影響。

　　E=263×10-16(f2AI)(1/r) (2)

　　輻射場(chǎng)正比于下列參數：涉及的諧波頻率（f，單位Hz）、回路面積（A，單位m2）、電流（I）和測量距離（r，單位m）。

　　此概念可以推廣到所有利用梯形波形進(jìn)行電路設計的場(chǎng)合，不過(guò)本文僅討論電源設計。參考圖4中的交流模型，研究其回路電流流動(dòng)情況：起點(diǎn)為輸入電容器，然后在Q1導通期間流向Q1，再通過(guò)L1進(jìn)入輸出電容器，最后返回輸入電容器中。

　　當Q1關(guān)斷、Q2導通時(shí)，就形成了第二個(gè)回路。之后存儲在L1內的能量流經(jīng)輸出電容器和Q2，如圖5所示。這些回路面積控制對于降低電磁干擾是很重要的，在PCB走線(xiàn)布線(xiàn)時(shí)就要預先考慮清器件的布局問(wèn)題。當然，回路面積能做到多小也是有實(shí)際限制的。

　　從公式2可以看出，減小開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的回路面積會(huì )有效降低電磁干擾水平。如果回路面積減小為原來(lái)的3倍，電磁干擾會(huì )降低9.5dB，如果減小為原來(lái)的10倍，則會(huì )降低20 dB。設計時(shí)，最好從最小化圖4和圖5所示的兩個(gè)回路節點(diǎn)的回路面積著(zhù)手，細致考慮器件的布局問(wèn)題，同時(shí)注意銅線(xiàn)連接問(wèn)題。盡量避免同時(shí)使用PCB的兩面，因為通孔會(huì )使電感顯著(zhù)增高，進(jìn)而帶來(lái)其他問(wèn)題。

　　恰當放置高頻輸入和輸出電容器的重要性常被忽略。若干年以前，我所在的公司曾把我們的產(chǎn)品設計轉讓給國外制造商。結果，我的工作職責也發(fā)生了很大變化，我成了一名顧問(wèn)，幫助電源設計新手解決文中提到的一系列需要權衡的事宜及其他眾多問(wèn)題。這里有一個(gè)含有集成鎮流器的離線(xiàn)式開(kāi)關(guān)的設計例子：設計人員希望降低最終功率級中的電磁干擾。我只是簡(jiǎn)單地將高頻輸出電容器移動(dòng)到更靠近輸出級的位置，其回路面積就大約只剩原來(lái)的一半，而電磁干擾就降低了約6dB。而這位設計者顯然不太懂得其中的道理，他稱(chēng)那個(gè)電容為“魔法帽子”，而事實(shí)上我們只是減小了開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的回路面積。

　　還有一點(diǎn)至重要的，新改進(jìn)的電路產(chǎn)生的問(wèn)題可能比原先的還要嚴重。換句話(huà)說(shuō)，盡管延長(cháng)過(guò)渡時(shí)間可以減少電磁干擾，但其引起的熱效應也隨之成為重要的問(wèn)題。有一種控制電磁干擾的方法是用全集成電源模塊代替傳統的直流到直流轉換器。電源模塊是含有全集成功率晶體管和電感的開(kāi)關(guān)穩壓器，它和線(xiàn)性穩壓器一樣可以很輕松地融入系統設計中。模塊開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的回路面積遠小于相似尺寸的穩壓器或控制器，電源模塊并不是新生事物，它的面世已經(jīng)有一段時(shí)間了，但是直到現在，由于一系列問(wèn)題，模塊仍無(wú)法有效散熱，且一經(jīng)安裝后就無(wú)法更改。