開關電源BUCK 拓撲的EMI對策

　　電磁干擾的來源

　　開關電源與 LDO 相比，具有效率高、體積小、可升壓等顯著優點，但是開關電源在工作時，會對外產生電磁輻射，若輻射過大，則會對周圍器件造成嚴重影響，導致系統不能穩定工作。要實現抑制電源對外的電磁輻射，首先應明確電磁輻射產生的機理與源頭。開關電源是通過功率管打開時給電感充電，電感儲能；功率管斷開時，電感釋放能量，實現電壓變換。

? ? ?由于功率管、續流二極管不斷的打開與關斷，造成電流不連續，此變化電流會產生尖峰電壓（由 V=L*di/dt 可以推導出，尖峰電壓等于電流回路中的寄生電感乘以電流變化率，L 是開關電流回路的寄生電感），此尖峰電壓會產生較大的電磁干擾，可以通過抑制此尖峰電壓來降低電磁干擾。通?？梢酝ㄟ^以下幾種方法來降低開關電源對外產生的電磁干擾。

　　改善方法一：縮短開關電流回路

　　BUCK 拓撲電流回路圖，以系統工作在連續狀態下為例。

　　由“圖 1”可知，當功率管 Q1 打開時，電流回路是 CIN-》Q1-》L1-》COUT；當 Q1 閉合時，電流回路是 L1-》COUT-》D1；不論功率管 Q1 打開還是關斷，電流均流過 L1 和 COUT，表明流過 L1 和 COUT 處電流是連續電流，流過 CIN、Q1、D1 的電流是開關電流，開關電流會在寄生電感上產生毛刺電壓，對外輻射電磁波。由 V=L*di/dt 可知，在 di/dt 不變的條件下，可以通過縮短 CIN、Q1、D1 的電流回路，來減少開關電流回路的寄生參數，從而實現降低系統產生的電磁輻射。

　　改善方法二：降低電流變化率

　　降低開關電流變化率（即降低 di/dt 的值），首先在使用條件不變的情況下，電流的變化量基本不會變化，只好通過延長電流的變化時間來降低 di/dt 的值?？梢酝ㄟ^使用開關速度稍慢的二極管來降低 D1 回路電流變化率，但是使用開關速度稍慢的超快恢復二極管，會導致二極管的損耗增大，不僅會影響效率，還會導致二極管溫度過高，反向漏電流增大，影響系統穩定性。

　　改善方法三：抑制高頻噪聲

　　參考“圖 2”，肖特基本身具有寄生電容，回路上存在寄生電感；開關電流會流過肖特基 D1，寄生的電感、電容會產生振鈴，若振蕩頻率超過 30MHz，進入輻射測試頻率段，則會被測試儀器捕捉到。我們可以通過在肖特基處串聯磁珠來濾除高頻信號，降低高頻信號對外電磁輻射能量。但是肖特基上串聯磁珠，會產生較大負向尖峰電壓，需要控制輸入電壓與尖峰電壓絕對值之和小于芯片的耐壓，確保系統穩定性。

　　備注：我們常用的貼片式磁珠材料主要是有磁粉、鎳、銀漿三大部分組成，其在高頻條件下具有相當大的阻抗，可以吸收高頻信號（通常 30MHz 以上為高頻）。

　　改善方法四：添加 RC 吸收電路

　　在無法進一步降低系統自生的干擾時，可以通過外加對策器件來進一步抑制；在芯片 SW 與 GND 之間并聯 RC 吸收電路不僅可以吸收寄生參數產生的毛刺電壓，也可以改變諧振頻率，從而實現抑制電磁輻射。通?！胺桨溉迸c“方案四” 組合使用，抑制效果較佳。相應的電路圖如圖 3 所示：

　　改善方法五：添加共模電感

　　輻射測試點頻率段為30M到1000M，此頻率段對應的波長是0.3米到10米，如果要發射一定波長的電磁波，需要一根發射天線，成為天線的必要條件是長度至少要大于波長的二十分之一，當天線是電磁波半波長的整數倍時，發射功率最大。通常輸出端的電源線均比較長，有可能成為對外發射電磁波的天線，可以通過在系統輸出端串聯共模電感（參考“圖4”），濾除共模信號來抑制輻射超標，但同時共模電感具有體積大、成本高、不易加工等缺點，不適合應用于小體積、低成本方案。

　　綜上：

　　通過以下簡單實用的步驟來幫助我們設計的開關電源快速通過相關的輻射測試

　　1.優化 PCB 走線，輸入端電容靠近芯片 VIN 與 GND 引腳，反饋走線遠離開關信號節點，使用 GND 走線包圍開關信號節點，同時縮短開關電流回路路徑，即將輸入端電容正極靠近芯片 VIN 引腳，肖特基陰極靠近芯片 SW 引腳，肖特基陽極靠近輸入電容負極；

　　2.在肖特基處串聯磁珠和 RC 吸收電路，磁珠通常選用交流阻抗 60-80R，直流阻抗越小損耗越??；RC 吸收電路中的電阻阻值在 10R 左右，電容容量在 1nF 以內。

　　審核編輯：黃飛