解讀電源模塊簡(jiǎn)化低EMI設計方案

　　圖7.不同類(lèi)型電源模塊的內部組成。在這兩種情況下，電感器均位于IC晶片的頂部。
　　因此，在采用降壓轉換器或降壓電源模塊進(jìn)行設計時(shí)，如何放置輸入電容器應該是首要考慮因素之一。電源模塊還具有以下優(yōu)點(diǎn)：電感器和IC之間的關(guān)鍵環(huán)路面積已經(jīng)過(guò)優(yōu)化。電感器在封裝內部與集成電路連接（見(jiàn)圖7）。這種放置方式會(huì )在封裝內部形成一個(gè)較小的環(huán)路區域。因此，不必將噪聲開(kāi)關(guān)節點(diǎn)布線(xiàn)在印刷電路板上。
　　電源模塊中屏蔽了其中的大多數電感器，以防止來(lái)自線(xiàn)圈的電磁輻射。在非�？拷�電感器的地方會(huì )發(fā)生高電流電壓轉換，并且開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的一部分電磁場(chǎng)受到屏蔽，電感器位于引線(xiàn)框架的頂部（見(jiàn)圖7）。
　　快速的電壓和電流瞬變
　　快速瞬變會(huì )導致開(kāi)關(guān)節點(diǎn)發(fā)生振鈴，從而產(chǎn)生EMI。在某些情況下，轉換器可連接至啟動(dòng)引腳。將一個(gè)電阻器與啟動(dòng)電容器串聯(lián)放置會(huì )增加上升時(shí)間（dt），在降低EMI的同時(shí)損失了效率。

　　圖8.將啟動(dòng)電阻器添加到LMR23630轉換器開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的影響。EMI輻射較低，但由于開(kāi)關(guān)損耗較高，因此效率有所降低。
　　圖8顯示了LMR23630 EVM的EMI輻射掃描。對布局進(jìn)行更改后，將輸入電容器放在距引腳約2.5厘米遠的位置，以模擬不良布局，并展示啟動(dòng)電容器的放置將如何影響EMI特性。在設計中多放一個(gè)啟動(dòng)電容器可能比完全改變布局更容易。建議您在設計時(shí)始終將啟動(dòng)電容器考慮進(jìn)去，以備不時(shí)之需。如果沒(méi)有，您可以使用0Ω電阻器來(lái)減少PCB上的空間。
　　將啟動(dòng)電阻器與啟動(dòng)電容器串聯(lián)可以降低EMI頻譜。某些頻率范圍中的發(fā)射會(huì )降低達6dB。圖8還顯示了效率平衡情況。使用30.1Ω的電阻器縮短上升時(shí)間dt，從而將效率降低1%以上。
　　看一下功率損耗就更能說(shuō)明這一點(diǎn)。滿(mǎn)載（3A）的功率損耗從1.9W增加到2.1W。功率損耗超過(guò)10%時(shí),可能會(huì )導致散熱問(wèn)題。
　　在開(kāi)關(guān)節點(diǎn)引腳和接地引腳之間放置一個(gè)小型肖特基二極管可以降低反向恢復電流，從而降低同步轉換器中的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電流振鈴dI，但這樣會(huì )提高物料清單（BOM）成本�；蛘�，您可以添加一個(gè)緩沖網(wǎng)絡(luò )，其中包含一個(gè)位于開(kāi)關(guān)節點(diǎn)與接地之間的額外的大封裝電容和電阻。緩沖器可消耗開(kāi)關(guān)節點(diǎn)振鈴的能量，但需要知道附加組件的振鈴頻率和正確計算。這種方法同樣會(huì )降低開(kāi)關(guān)電源的效率。
　　電流路徑中的寄生電感和電容
　　對于同步降壓轉換器，每個(gè)IC架構會(huì )產(chǎn)生不同強度的噪聲，表現為EMI輻射。但很難從數據表中找到這一項。大多數數據表都沒(méi)有提供EMI圖，因為PCB布局、BOM組件和其他因素會(huì )對EMI特性產(chǎn)生影響。幸運的話(huà)，EVM用戶(hù)指南會(huì )提供此特定設計的EMI特性圖。但如果您的設計與EVM的布局和BOM不匹配，您所設計的應用的EMI特性可能會(huì )有很大差異。電源模塊簡(jiǎn)化了布局，實(shí)現了快速簡(jiǎn)便的設計，因為您只需要考慮一些經(jīng)驗法則。例如，盡量減少接地平面中的跡線(xiàn)或切口數量；必要時(shí)，將其設計為與電流方向保持平行（圖9）。

　　圖9.PCB中的切口和跡線(xiàn)會(huì )影響電流，因此也會(huì )影響輻射EMI。
　　保護噪聲敏感節點(diǎn)免受噪聲節點(diǎn)的影響
　　盡可能縮短噪聲敏感節點(diǎn)，并遠離噪聲節點(diǎn)。例如，從電阻分壓網(wǎng)絡(luò )到反饋（FB）引腳的長(cháng)跡線(xiàn)可以充當天線(xiàn)并捕獲電磁輻射干擾的噪聲（圖10）。這種噪聲會(huì )被引入FB引腳，致使輸出端產(chǎn)生額外的噪聲，甚至使器件不穩定。在設計開(kāi)關(guān)降壓調節器的布局時(shí)，將這一切都考慮在內是一個(gè)挑戰。
　　噪聲敏感節點(diǎn)噪聲節點(diǎn)
　　反饋引腳開(kāi)關(guān)節點(diǎn)
　　頻率設定電感器
　　補償網(wǎng)絡(luò )高dI/dt電容器
　　傳感路徑等FET、二極管等
　　表1.降壓轉換器中噪聲敏感節點(diǎn)和噪聲節點(diǎn)的示例。
　　圖10.始終將FB引腳上的電阻分壓器盡可能靠近FB引腳放置。

　　模塊的優(yōu)勢在于將噪聲敏感節點(diǎn)和噪聲節點(diǎn)保持在最低限度，從而最大限度地減小錯誤布局的幾率。唯一要注意的是保持FB引腳的跡線(xiàn)盡可能短。
　　結論
　　在開(kāi)關(guān)降壓轉換器中有許多用來(lái)調節EMI的旋鈕，但用來(lái)實(shí)現最佳方案可能還不夠方便。找到最佳配置會(huì )花費大量寶貴的設計時(shí)間。電源模塊早已包括FET和電感器，這就使得創(chuàng )建和完成具有良好EMI特性的電源設計變得簡(jiǎn)單而又快捷。使用降壓模塊進(jìn)行設計時(shí)最關(guān)鍵的一點(diǎn)是一些外部元件的放置方式，這有助于顯著(zhù)提高EMI特性。
　　轉換器和電源模塊的EMI比較
　　前文說(shuō)明了開(kāi)關(guān)電源中EMI的以及如何降低EMI�，F在，本文將通過(guò)比較轉換器和使用相同集成電路（IC）的電源模塊之間的測量結果，來(lái)演示模塊如何幫助減輕EMI輻射。兩者均來(lái)自TI的SIMPLE SWITCHER產(chǎn)品線(xiàn)，轉換器為L(cháng)MR23630，電源模塊為L(cháng)MZM33603 ，采用LMR23630 IC。通過(guò)對兩個(gè)器件的EVM做部分更改，以獲得相同的BOM數，因此結果僅取決于所選部件（轉換器或電源模塊）和布局。兩種EVM均具有良好的優(yōu)化布局。之后，將電容器放置在遠離輸入引腳的位置，就生成了不良布局。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持