電磁兼容EMI優化方案分享

現代電子設備的普及為人們帶來極大便利的同時，也加劇了電磁環境的惡化。電磁干擾（EMI）是指由電磁波與電子器件之間相互作用而產生的干擾現象。?

電子設備在工作時會產生電磁波，電磁波相互干擾會對敏感電路產生不好的影響，在嚴重的情況下會導致電路無法正常工作。這就是降低EMI能夠提高系統穩定性的重要原因。本文討論了EMI如何影響消費類電子和敏感設備性能，例如家用電器，警報系統和車庫門開啟器。?

如何優化EMI?

在開關電源的設計中，電路設計和電路板布局是解決EMI問題的兩個關鍵點。在電路設計中，開關頻率以及開關節點上的振鈴（圖1）會產生電磁干擾（ＥＭＩ）。?

圖一：典型開關電源應用電路

兩種方式可有效優化EMI：開關頻率控制法和防振鈴控制法?

開關頻率控制法?

通過延長開關節點的開關上升時間和下降時間來降低dV / dt變化速率，從而減少了EMI（見圖2，圖3，圖4和圖5）。? ??

? 防振鈴控制法? ? 開關節點上的振鈴會導致EMI問題的出現。器件的振鈴越多，EMI性能就越差（圖6）。在SW和GND之間增加一個1k Ω電阻（R）和另一個開關（S1）可減輕振鈴。在輕載的情況下，當HS和LS開關均關斷時，S1導通，使L1的部分電流通過R和S1釋放到GND（圖7）。?? ?

圖六：SW 處較多振鈴（無防振鈴控制） ?

圖七：SW 處較少振鈴（有防振鈴控制）（測試條件：VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 10mA）? ? 圖8和圖9展示了通過開關速度控制和防振鈴控制而實現的EMI降低。 ?

? 可改善EMI的PCB布局? ? 開關電源的反饋信號是對電磁干擾非常敏感的模擬信號，并且容易受到其自身的開關信號的干擾。良好的布局可以減少這種EMI干擾，而不良的布局可能會產生較大的紋波，甚至會導致電源無法正常工作。? ? 以下是通過元件放置和PCB布局實現更好的EMI性能的一些技巧：? ? ●? 將輸入濾波電容靠近IC放置（圖10）。 ?

圖十：輸入電容靠近IC放置，電磁場更小 ? ●? 使用屏蔽電感 ●? 使用小的SW pad布局（圖11） ?

? ●? IC GND與系統GND使用單點連接

●? 保持輸入地和GND之間的連接盡可能短和寬

●? 通過多個過孔或寬走線將VCC電容的接地連接到IC的接地

●? 輸入電容與IN引腳之間的連線盡可能寬且短

●? 確保所有的反饋都直接連接且連線短

●? 反饋電阻和補償器件都盡可能的靠近芯片

●? 將SW信號遠離敏感的模擬信號，例如FB信號 ? ?針對消費電子及射頻敏感類應用的優化? ? 在這個電子設備遍布的世界中，從家用電器到消費電子產品和對射頻敏感的設備（例如車庫門開啟器和警報系統），EMI現象都可能導致系統出現不必要的交互和操作問題。MP2317系列通過優化EMI性能來解決此問題，同時MP2317系列擁有簡單的封裝且支持使用單層PCB板進行設計使制造更加簡單和經濟。? ? MP2317系列可以用作次級側DC / DC變換器（圖12）。? ?

圖十二：在空調中的應用 ?

MP2317系列的主要特點： ?

●? 7.5V 到26V大范圍輸入電壓

●? 150uA小靜態電流

●? 出色的負載線路調整率以及瞬態響應（圖15）

●? 效率最高可達96%，在12V轉5V/20mA時，效率可達80%（圖13）

●? 全面的保護（過溫保護OTP，低壓保護UVLO，過流保護OCP）以提高可靠性和使用壽命 ?

圖十三：MP2317效率圖 ?

圖十四：MP2317（U1）單層板布局圖(測試條件: VIN = 12V, VOUT = 5V)?? ?

圖十五：MP2317 快速負載瞬態響應(測試條件: VIN = 12V, VOUT = 5V, L = 10μH)? ? 結論：? ? 除了對電路的可靠性有著至關重要的EMI優化問題之外，電路的制造簡便性也很重要。MPS的1A / 2A / 2.5A 26V高效開關穩壓器--MP2317，MP2344和 MP2345系列，采用了小型6引腳SOT23封裝和大引腳間距（0.95mm），這種封裝方式能夠使用單層PCB進行布局， 以此簡化制造工藝以節省制造成本。這個系列三個不同電流值的開關穩壓器使用同一種封裝且互相Pin-to-Pin兼容，系統工程師無需更改PCB即可靈活切換到不同電流值的開關穩壓器上，從而節省設計時間和成本。

EMC寄語：隨著時代的發展，越來越多的電子、電氣設備或系統產品都需要進行檢驗檢測，其中EMC測試是必備的檢驗檢測指標之一。但EMC測試項目費用較貴，EMC實驗室造價昂貴，絕大部分測量設備又需要采用進口設備，導致很少檢驗檢測機構有能力建造EMC實驗室。產品的EMC性能是設計階段賦予的，一般電子產品設計時如果不考慮EMC因素，就會很容易導致EMC測試失敗，以致不能通過相關EMC法規的測試或認證。例如，產品設計研發工程師們根據需求，設計出效果良好的濾波電路，置入產品I/O(輸入/輸出）接口的前級，可使因傳導而進入系統的干擾噪聲消除在電路系統的入口處；設計出隔離電路（如變壓器隔離和光電隔離等）解決通過電源線、信號線和地線進入電路的傳導干擾，同時阻止因公共阻抗、長線傳輸而引起的干擾；設計出能量吸收回路，從而減少電路、器件吸收的噪聲能量；通過選擇元器件和合理安排的電路系統，使干擾的影響減少。 ?

EMC技能:整改小技巧

1、150kHz-1MHz，以差模為主，1MHz-5MHz，差模和共模共同起作用，5MHz?以后基本上是共模。差模干擾的分容性藕合和感性藕合。一般1MHz以上的干擾是共模，低頻段是差摸干擾。用一個電阻串個電容后再并到Y電容的引腳上，用示波器測電阻兩引腳的電壓可以估測共模干擾。

2、保險過后加差模電感或電阻。

3、小功率電源可采用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。

4、前端的π型EMI零件中差模電感只負責低頻EMI，體積別選太大(DR8太大，能用電阻型式或DR6更好)否則幅射不好過，必要時可串磁珠，因為高頻會直接飛到前端不會跟著線走。

5、傳導冷機時在0.15MHz-1MHz超標，熱機時就有7dB余量。主要原因是初級BULk電容DF值過大造成的，冷機時ESR比較大，熱機時ESR比較小，開關電流在ESR上形成開關電壓，它會壓在一個電流LN線間流動，這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個電解電容之間加一個差模電感。

6、測試150kHz總超標的解決方案：加大X電容看一下能不能下來，如果下來了說明是差模干擾。如果沒有太大作用那么是共模干擾，或者把電源線在一個大磁環上繞幾圈， 下來了說明是共模干擾。如果干擾曲線后面很好，就減小Y電容，看一下布板是否有問題，或者就在前面加磁環。

7、可以加大PFC輸入部分的單繞組電感的電感量。

8、PWM線路中的元件將主頻調到60kHz左右。

9、用一塊銅皮緊貼在變壓器磁芯上。

10、共模電感的兩邊感量不對稱，有一邊匝數少一匝也可引起傳導150kHz-3MHz超標。

11、一般傳導的產生有兩個主要的點：200kHz和20MHz左右，這幾個點也體現了電路的性能;200kHz左右主要是漏感產生的尖刺;20MHz左右主要是電路開關的噪聲。處理不好變壓器會增加大量的輻射，加屏蔽都沒用，輻射過不了。

12、將輸入BUCk電容改為低內阻的電容。

13、對于無Y-CAP電源，繞制變壓器時先繞初級，再繞輔助繞組并將輔助繞組密繞靠一邊，后繞次級。

14、將共模電感上并聯一個幾k到幾十k電阻。

15、將共模電感用銅箔屏蔽后接到大電容的地。

16、在PCB設計時應將共模電感和變壓器隔開一點以免互相干擾。

17、保險套磁珠。

18、三線輸入的將兩根進線接地的Y電容容量從2.2nF減小到471。

19、對于有兩級濾波的可將后級0.22uFX電容去掉(有時前后X電容會引起震蕩)?。

20、對于π型濾波電路有一個BUCk電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對傳導150kHz-2MHz的L通道有干擾，改良方法是將此電容用銅泊包起來屏蔽接到地，或者用一塊小的PCB將此電容與變壓器和PCB隔開?；蛘邔⒋穗娙萘⑵饋?， 也可以用一個小電容代替。

21、對于π型濾波電路有一個BUCk電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對傳導150kHz-2MHz的L通道有干擾，改良方法是將此電容用一個1uF/400V或者說0.1uF/400V電容代替， 將另外一個電容加大。 22、將共模電感前加一個小的幾百uH差模電感。 23、將開關管和散熱器用一段銅箔包繞起來，并且銅箔兩端短接在一起，再用一根銅線連接到地。

24、將共模電感用一塊銅皮包起來再連接到地。

25、將開關管用金屬套起來連接到地。

26、加大X2電容只能解決150kHz左右的頻段，不能解決20MHz以上的頻段，只有在電源輸入加以一級鎳鋅鐵氧體黑色磁環，電感量約50uH-1mH。

27、在輸入端加大X電容。

28、加大輸入端共模電感。

29、將輔助繞組供電二極管反接到地。

30、將輔助繞組供電濾波電容改用瘦長型電解電容或者加大容量。

31、加大輸入端濾波電容。

32、150kHz-300kHz和20MHz-30MHz這兩處傳導都不過，可在共模電路前加一個差模電路。也可以看看接地是否有問題，該接地的地方一定要加強接牢，主板上的地線一定要理順，不同的地線之間走線一定要順暢不要互相交錯的。

33、在整流橋上并電容，當考慮共模成分時，應該鄰角并電容，當考慮差模成分時，應該對角并電容。

34、加大輸入端差模電感。

2、產品電磁兼容騷擾源有：

　　1、設備開關電源的開關回路：騷擾源主頻幾十kHz到百余kHz，高次諧波可延伸到數十MHz。

　　2、設備直流電源的整流回路：工頻線性電源工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數百kHz；開關電源高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數十MHz。

　　3、電動設備直流電機的電刷噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數百MHz。

　　4、電動設備交流電機的運行噪聲：高次諧波可延伸到數十MHz。

　　5、變頻調速電路的騷擾發射：開關調速回路騷擾源頻率從幾十kHz到幾十MHz。

　　6、設備運行狀態切換的開關噪聲：由機械或電子開關動作產生的噪聲頻率上限可延伸到數百MHz。

　　7、智能控制設備的晶振及數字電路電磁騷擾：騷擾源主頻幾十kHz到幾十MHz，高次諧波可延伸到數百MHz。

　　8、微波設備的微波泄漏：騷擾源主頻數GHz。

　　9、電磁感應加熱設備的電磁騷擾發射：騷擾源主頻幾十kHz，高次諧波可延伸到數十MHz。

　　10電視電聲接收設備的高頻調諧回路的本振及其諧波：騷擾源主頻數十MHz到數百MHz，高次諧波可延伸到數GHz。

　　11、信息技術設備及各類自動控制設備的數字處理電路：騷擾源主頻數十MHz到數百MHz（經內部倍頻主頻可達數GHz），高次諧波可延伸到十幾GHz。

審核編輯：黃飛

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