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消费电子与射频敏感性应用中开关电源的EMI优化

时间:2021-08-13  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

现代电子设备的普及为人们带来极大便利的同时,也加剧了电磁环境的恶化。

电磁干扰(EMI)是指由电磁波与电子器件之间相互作用而产生的干扰现象。

电子设备在工作时会产生电磁波,电磁波相互干扰会对敏感电路产生不好的影响,在严重的情况下会导致电路无法正常工作。

这就是降低 EMI 能够提高系统稳定性的重要原因。

本文讨论了 EMI 如何影响消费类电子和敏感设备性能,例如家用电器,警报系统和车库门开启器。

如何优化 EMI在开关电源的设计中,电路设计和电路板布局是解决 EMI 问题的两个关键点。

在电路设计中,开关频率以及开关节点上的振铃(图 1)会产生电磁干扰(EMI)。

图一:典型开关电源应用电路两种方式可有效优化 EMI:开关频率控制法和防振铃控制法开关频率控制法通过延长开关节点的开关上升时间和下降时间来降低 dV / dt 变化速率,从而减少了 EMI(见图 2,图 3,图 4 和图 5)。

防振铃控制法开关节点上的振铃会导致 EMI 问题的出现。

器件的振铃越多,EMI 性能就越差(图 6)。

在 SW 和 GND 之间增加一个 1k Ω电阻(R)和另一个开关(S1)可减轻振铃。

在轻载的情况下,当 HS 和 LS 开关均关断时,S1 导通,使 L1 的部分电流通过 R 和 S1 释放到 GND(图 7)。

图六:SW 处较多振铃(无防振铃控制)图七:SW 处较少振铃(有防振铃控制)(测试条件:VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 10mA)图 8 和图 9 展示了通过开关速度控制和防振铃控制而实现的 EMI 降低。

可改善 EMI 的 PCB 布局开关电源的反馈信号是对电磁干扰非常敏感的模拟信号,并且容易受到其自身的开关信号的干扰。

良好的布局可以减少这种 EMI 干扰,而不良的布局可能会产生较大的纹波,甚至会导致电源无法正常工作。

以下是通过元件放置和 PCB 布局实现更好的 EMI 性能的一些技巧:● 将输入滤波电容靠近 IC 放置(图 10)。

图十:输入电容靠近 IC 放置,电磁场更小● 使用屏蔽电感● 使用小的 SW pad 布局(图 11)● IC GND 与系统 GND 使用单点连接● 保持输入地和 GND 之间的连接尽可能短和宽● 通过多个过孔或宽走线将 VCC 电容的接地连接到 IC 的接地● 输入电容与 IN 引脚之间的连线尽可能宽且短● 确保所有的反馈都直接连接且连线短● 反馈电阻和补偿器件都尽可能的靠近芯片● 将 SW 信号远离敏感的模拟信号,例如 FB 信号针对消费电子及射频敏感类应用的优化在这个电子设备遍布的世界中,从家用电器到消费电子产品和对射频敏感的设备(例如车库门开启器和警报系统),EMI 现象都可能导致系统出现不必要的交互和操作问题。

MP2317 系列通过优化 EMI 性能来解决此问题,同时 MP2317 系列拥有简单的封装且支持使用单层 PCB 板进行设计使制造更加简单和经济。

MP2317 系列可以用作次级侧 DC / DC 变换器(图 12)。

图十二:在空调中的应用MP2317 系列的主要特点:● 7.5V 到 26V 大范围输入电压● 150uA 小静态电流● 出色的负载线路调整率以及瞬态响应(图 15)● 效率最高可达 96%,在 12V 转 5V/20mA 时,效率可达 80%(图 13)● 全面的保护(过温保护 OTP,低压保护 UVLO,过流保护 OCP)以提高可靠性和使用寿命图十三:MP2317 效率图图十四:MP2317(U1)单层板布局图(测试条件: VIN = 12V, VOUT = 5V) 图十五:MP2317 快速负载瞬态响应(测试条件: VIN = 12V, VOUT = 5V, L = 10μH)结论:除了对电路的可靠性有着至关重要的 EMI 优化问题之外,电路的制造简便性也很重要。

MPS 的 1A / 2A / 2.5A 26V 高效开关稳压器 --MP2317,MP2344 和 MP2345 系列,采用了小型 6 引脚 SOT23 封装和大引脚间距(0.95mm),这种封装方式能够使用单层 PCB 进行布局, 以此简化制造工艺以节省制造成本。

这个系列三个不同电流值的开关稳压器使用同一种封装且互相 Pin-to-Pin 兼容,系统工程师无需更改 PCB 即可灵活切换到不同电流值的开关稳压器上,从而节省设计时间和成本。

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