【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)一個(gè)移動(dòng)電源的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是通過(guò)EMI測(cè)試，電子工程師經(jīng)常擔(dān)心EMI測(cè)試失敗。若電路EMI測(cè)試多次失敗，這將是一場(chǎng)噩夢(mèng)。您將不得不夜以繼日地在EMI實(shí)驗(yàn)室工作來(lái)解決問(wèn)題，避免產(chǎn)品推出延遲。
設(shè)計(jì)一個(gè)移動(dòng)電源的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是通過(guò)EMI測(cè)試，電子工程師經(jīng)常擔(dān)心EMI測(cè)試失敗。若電路EMI測(cè)試多次失敗，這將是一場(chǎng)噩夢(mèng)。您將不得不夜以繼日地在EMI實(shí)驗(yàn)室工作來(lái)解決問(wèn)題，避免產(chǎn)品推出延遲。對(duì)于諸如移動(dòng)電源的消費(fèi)類產(chǎn)品，設(shè)計(jì)周期短，而EMI認(rèn)證限制又嚴(yán)格，因此您想添加足夠的EMI濾波器順利通過(guò)EMI測(cè)試。但您又不想增加空間，也不想在電路方面增加過(guò)多成本，這似乎很難兼顧兩者。
TIdesign低輻射EMI升壓轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)（PMP9778）提供了這樣一個(gè)解決方案。它可以支持2.7-4.4V輸入電壓、5V/3A、9V/2A和12V/1.5A的輸出功率，且只適合移動(dòng)電源應(yīng)用程序。通過(guò)布置和布局的優(yōu)化，此TI設(shè)計(jì)能獲得的裕量比在EN55022和CISPR22B級(jí)輻射測(cè)試中高出6分貝。讓我們來(lái)看看設(shè)計(jì)過(guò)程。
確定關(guān)鍵電流通路
EMI從電流變化（di/dt）循環(huán)的高瞬時(shí)速率開始。因此，我們應(yīng)在設(shè)計(jì)之初就區(qū)分高di/dt關(guān)鍵路徑。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，了解開關(guān)電源中的電流傳導(dǎo)路徑和信號(hào)流是重要的。
圖1所示為升壓轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和臨界電流路徑。當(dāng)S2閉合，S1打開時(shí)，交流電流流經(jīng)藍(lán)色環(huán)路。當(dāng)S1閉合，S2打開時(shí)，交流電流流經(jīng)綠色環(huán)路。因此，電流流經(jīng)輸入電容器Cin，且電感器L是一個(gè)連續(xù)電流，而電流流經(jīng)S2、S1，且輸出電容器Cout是脈動(dòng)電流（紅色環(huán)路）。因此，我們定義紅色環(huán)路為臨界電流路徑。此路徑具有最高的EMI能量。我們?cè)诓贾闷陂g，應(yīng)盡量減少由它包圍的區(qū)域。
（圖1.升壓轉(zhuǎn)換器的臨界電流路徑）
最小化高di/dt路徑的環(huán)路面積
圖2所示為TPS61088的引腳配置。圖3所示為TPS61088臨界電流路徑的布局示例。NC引腳表示設(shè)備內(nèi)部沒有連接。因此，他們可連接到PGND。從電氣角度講，將兩個(gè)NC引腳連接到PGND接地平面有利于散熱，并能降低返回路徑的阻抗。從EMI角度講，將兩個(gè)NC引腳連接到PGND接地平面使得TPS61088的VOUT和PGND平面更接近彼此。這使得輸出電容的布置變得更容易。從圖3可以看出，將一個(gè)06031-UF（或04021-UF）高頻陶瓷電容COUT_HF盡可能靠近VOUT引腳可導(dǎo)致高di/dt環(huán)路的面積最小。
（圖2.TPS61088引腳配置）
（圖3.TPS61088關(guān)鍵路徑布局示例）
來(lái)自距接地平面10米距離的高di/di回路的最大電場(chǎng)強(qiáng)度可通過(guò)下面的公式計(jì)算：
圖4所示為使用和不使用COUT_HF的輻射EMI結(jié)果。在相同的測(cè)試條件下，輻射EMI通過(guò)COUT_HF改善了4dBuV/m。
（圖4.帶/不帶COUT_HF的輻射EMI結(jié)果）
將一個(gè)接地平面置于關(guān)鍵路徑下
高跟蹤電感導(dǎo)致輻射EMI差。因?yàn)榇艌?chǎng)強(qiáng)度與電感成正比。將固定接地平面置于臨界跟蹤的下一層上可以解決此問(wèn)題。
表1給出了不同PCB板上的給定跟蹤電感。我們可以看到，對(duì)于信號(hào)層和接地平面之間0.4mm絕緣厚度的四層PCB來(lái)講，其跟蹤電感比1.2毫米厚的2層PCB的跟蹤電感小得多。因此將距離最短的固定接地平面置于關(guān)鍵路徑是降低EMI的最有效的途徑之一。
表1.跟蹤電感（走線長(zhǎng)度=5cm）
PCBh（mm）Wg（mm）L（nH）單層PCB----522層PCB1.2103.64層PCB0.4101.2
圖5所示為2層PCB和4層PCB的輻射EMI結(jié)果。根據(jù)相同的布局和相同的試驗(yàn)條件，輻射EMI通過(guò)4層PCB可改善10dBuV/m。
（圖5.一個(gè)2層PCB和一個(gè)4層PCB的輻射EMI結(jié)果）
添加RC緩沖器
若輻射水平仍超過(guò)要求水平且布局不能再提高，則在TPS61088SW引腳添加一個(gè)RC緩沖器和電源接地有助于降低輻射EMI水平。RC緩沖器應(yīng)放在盡可能接近開關(guān)節(jié)點(diǎn)和電源接地（圖6）的位置。它可以有效地抑制SW電壓環(huán)，這意味著在振鈴頻率條件下，輻射EMI得以改善。
（圖6.RC緩沖器的布置）
通過(guò)上述簡(jiǎn)單而有效的優(yōu)化方式，良好的EMI性能在移動(dòng)電源設(shè)計(jì)中成為可能。
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