开关电源产品电磁兼容(EMC)不好过?PCB布板走线很重要

对于任何一款电子产品,电磁兼容(EMC)很重要,是电子程师从产品设计到认证不得不高度重视的一项挑战。开关电源也不例外,新产品出来后,温度和能效都OK了,工程师们不得不面临另一项挑战,那就是产品EMC的调试与整改。暂且不讨论电磁干扰对其它设备的影响以及电网的污染,产品要过安规认证,EMC测试自然要搞掂。但常常事与愿违,工程师辛辛苦苦把温度和能效都搞掂了,各项性能技术要求也都达标了,最后拿着产品到安规实验室预测,发现传导辐射却超标了,这很让人头痛。

面对电子设备的电磁兼容(EMC)设计,许多经验不足的工程师往往无从下手,常常被EMC调试整改弄的焦头烂额,好不心烦。下面,我们就来针对性的谈谈开关电源的EMC设计。

形成电磁干扰有三个重要的要素:干扰源、传播途径和受扰设备,而我们要做的就是抑制干扰源,降低产品的电磁传播途径。

EMI(电磁干扰)传播的途径有两种:

第一种:传导干扰:是沿着导体向电网传播电磁干扰,其频率范围在150KHz-30MHz;

第二种:辐射干扰:是以电磁波的形式向空间传播电磁干扰,其频率范围在30KHz-1000MHz;

下面,我们按电源的拓朴结构分开来讲:反激电源,升压电路,降压电路。

反激电路

一、产生电磁干扰的四个电流环路:

1、功率开关管交流电流环路。

可以说,这个环路是开关电源中最最容易产生电磁干扰的地方了,是开关电源电路的主要动态热点之一。这里处理好了,EMC辐射问题基本搞掂一半了。

2、输出整流环路。

这个环路也是开关电源中容易产生电磁干扰的环路。这个环路同样也是主要是对电磁辐射产生巨大影响。

3、电源初级辅助绕组VCC整流环路。

4、输入电源电流环路。这个环路主要是影响传导干扰。

开关电源产品电磁兼容(EMC)不好过?PCB布板走线很重要
反激电路

在上述四个环路中,通常输入电源电流环路对PCB走线没有什么影响,这个主要是影响传导干扰,一般用专门的滤波器来处理即可。但对于前面的三个环路(见下图的标识),对EMC的辐射干扰影响很大,说重一点可以讲影响整个产品EMC的成败,而且对电路的稳定性都有影响。所以,在产品设计之初PCB画板的时候,就要重点对待这三个环路,布线面积要尽可能的小,走线直径做到粗而短。

二、产生电磁干扰的二处热点

1、功率MOS管的漏极(或者三极管的集电极)处。

对于此处热点的PCB布局,RCD吸收电路中的二极管阳极尽量靠近MOS的漏极,以减少这个热点的电磁发射面积。见下图2:

开关电源产品电磁兼容(EMC)不好过?PCB布板走线很重要
图2

2、次级整流管的阳极处。

次极整流管的阳极引脚尽量靠近变压器的正端引脚,以减少这个热点的电磁发射面积。见下图3:

开关电源产品电磁兼容(EMC)不好过?PCB布板走线很重要
图3

这二处热点,包含在上述三个环路里面,是整个产品辐射干扰的主要发射点,热点处的元件引脚尽量靠近放置,敷铜尽量做到短小,走线不要有锐角直角,降低热点的电磁干扰。

降压电路

一、产生电磁干扰的三个电流环路:

1、输入滤波环路。

2、功率开关环路。

3、输出整流环路。

开关电源产品电磁兼容(EMC)不好过?PCB布板走线很重要
降压电路

对于降压BUCK电路,这三个环路对电磁干扰的影响很大,环路布线面积要尽可能的小,走线直径做短而粗。特别对于当中的两处热点:第2点,第3点,热点处的元件引脚尽量靠近放置,敷铜尽量做到短小,走线不要有锐角直角,降低热点的电磁干扰。

升压电路

一、产生电磁干扰的三个电流环路:

升压电路的三个环路同降压电路一样,分别是输入、功率开关、输出整流三个环路,布板注意事项与降压电路基本相同,这里就不过多讲解了。见下图:

开关电源产品电磁兼容(EMC)不好过?PCB布板走线很重要
升压电路

地线的走法

开关电源产品电磁兼容(EMC)不好过?PCB布板走线很重要
反激电路地线的走法

开关电源产品电磁兼容(EMC)不好过?PCB布板走线很重要
升压电路地线的走法

开关电源产品电磁兼容(EMC)不好过?PCB布板走线很重要
降压电路地线的走法

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