三大提示助你顯著改善降壓轉(zhuǎn)換器中的EMI！

電磁干擾（EMI）始終對汽車電源終端設備構成挑戰(zhàn)。隨著輕度混合動力電動汽車（MHEV）解決方案的興起，EMI變得更具挑戰(zhàn)性，因為系統(tǒng)中的許多電子電路的電池電壓從12 V變?yōu)?8 V。

大多數(shù)設計汽車電路的工程師都了解如何通過濾波器設計、布局指南和管理功能（如擴頻、倒裝芯片封裝等）來降低EMI。但是，有一些鮮為人知的提示可以顯著改善降壓轉(zhuǎn)換器（和其他拓撲結(jié)構）中的EMI，且無需重新設計電路板。這些提示可能意味著可以在10分鐘內(nèi)通過EMI測試與需要旋轉(zhuǎn)新電路板之間的區(qū)別。

提示1：旋轉(zhuǎn)功率電感器

降壓轉(zhuǎn)換器使用電感 - 電容濾波器將開關波形（開關節(jié)點：VSW）轉(zhuǎn)換為直流波形（輸出電壓：VOUT）。圖1所示為降壓電路的簡化原理圖。

圖1：簡化的降壓原理圖（左）和波形（右）

如圖1所示，其中一個電感器端子連接到VSW，因此產(chǎn)生EMI噪聲。該節(jié)點上的電壓是邊沿較陡的矩形波，從0 V到電池電壓擺動。在一些MHEV設計中，電壓可能高達48 V。另一個端子連接到VOUT，在EMI方面，電氣環(huán)境更安靜，接近DC。良好的印刷電路板（PCB）布局設計要求最小化開關節(jié)點表面積以減少與接地層的電容耦合，否則會導致較大的共模噪聲并導致EMI性能差?？蓪⑾嗤碾娙蓠詈蠝p少理念應用于電感器。EMI性能會有所不同，具體取決于電感器結(jié)構和方向。

功率電感器基本上只是纏繞在芯材料周圍的導線，如圖2所示。它們可從上到下單層纏繞，也可多層繞組從而疊加纏繞 - 但該分析的要點在于，端子之間的電感器永遠不會是完全對稱的。簡單將電感器旋轉(zhuǎn)180°，電感器端子即可與較大噪音的開關節(jié)點相連接。這會產(chǎn)生不同的EMI結(jié)果。

圖2：簡化的電感器結(jié)構 - 單層（左）和多層（右）

將噪聲開關節(jié)點與從底部開始繞組的端子相連接，（圖2，L1，端子B），即可減小單層電感器的電容耦合。端子底部在物理上更靠近電路板，與連接到繞組頂部的端子相比，電路板上的接地層具有更好的屏蔽性。要減小多層電感器的電容耦合，可將噪聲開關節(jié)點連接到從內(nèi)向外開始繞組的端子（圖2，L2，端子D）。這樣，可通過從外部繞組線圈的安靜VOUT部分，有效屏蔽線圈的噪音部分。

原理圖上的虛線端子（圖1中的L）通常表示線圈內(nèi)部繞組的開端。這是應該連接到開關節(jié)點以降低EMI的端子。也就是說，同名端并非總是適用于每個供應商或每個電感器；但是，您可簡單地將電感器旋轉(zhuǎn)180°以查看結(jié)果是否有所改善。

結(jié)果：使用德州儀器LMR33630-Q1在13.5-VIN，5-VOUT，3-AOUT，400-kHz雙層電路板上旋轉(zhuǎn)電感器，可使FM頻段提高了8dBμV。平均檢測結(jié)果從108 MHz處的15dBμV（比Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques[CISPR] 25 Class 5限值低3dBμV) 提高到7dBμV（比CISPR 25 Class 5限值低11dBμV）。

提示2：取下EMI濾波器電源端的電容器

EMI濾波器通常由電感器、鐵氧體磁珠和共模扼流圈組成，如圖3所示。這三個元件將在這些濾波器元件之前、之后和/或之間放置電容器。濾波器通常先將小型陶瓷高頻電容器與距離降壓最遠的電源端子相連接（圖3，CHF1）。這個想法很簡單：通過增加一個電容器來減少電源端子上的紋波。這通常會降低差模EMI，但有些情況不會導致EMI性能有所改善。

圖3：展示EMI濾波器和LMR33630-Q1降壓轉(zhuǎn)換器的原理示意圖

如圖3所示，CHF1（最左邊的電容器）提供電池+ 12V和GND（IN +和IN-）的低電阻路徑，寄生電感來自將電池連接到電容器（電池到J1）的線束的物理屬性。具有電感和電容的低電阻路徑以與電感和電容乘積的平方根成反比的角頻率諧振。0.1μF的電容器僅需0.022 nH的電感即可在108 MHz（FM頻段的高側(cè)，即測試EMI時很難通過的頻率）下產(chǎn)生諧振。

根據(jù)所選的電容和布局，簡單地移除電容器即可有所改善。

結(jié)果：移除圖3中的CHF1導致FM波段內(nèi)平均檢測值由3提高到5dBμV。在某些情況下，電容器有所幫助，但移除電容器通常會改善高頻效果。

提示3：改變負載電阻的布置

EMI測試包括在典型輸入電壓和最大輸出電流下運行電源電路。該測試需要一個負載，以便在此輸出功率下運行轉(zhuǎn)換器，這通常是一個電阻“虛擬”負載（見圖1中的RLOAD）。您必須考慮所使用負載的類型（如繞線電阻器或非感應電阻器），所使用散熱器的類型（較大的散熱器將充當電容耦合的天線，但尺寸過小的散熱器可能會導致在測試完成之前電阻器過熱和斷開）和屏蔽（接地屏蔽將減少電容耦合，但由于熱空氣滯留會增加所需的負載/散熱器尺寸）。

負載電阻考慮的另一個重要方面是負載電阻與輸出的連接方式。該提示類似于提示2。僅具有陶瓷電容器的輸出可能與輸出電容器到負載之間連接的寄生電感產(chǎn)生諧振。很少或無阻尼可能使這種諧振造成EMI測試失敗。確保這種諧振不是造成EMI主要來源的最簡單方法是：將負載直接焊接到陶瓷輸出電容器上，這樣可最大限度地降低寄生電感并降低諧振，或者將問題區(qū)域轉(zhuǎn)移到更高的頻率。無論哪種方式，您都會知道諧振是否會導致EMI。

結(jié)果：將負載從VOUT端子直接移至一個電路板中的輸出電容，可使FM頻段內(nèi)的平均檢測值提高10dBμV。該結(jié)果可從22dBμV（超過限值4dBμV）提高到12dBμV（低于限值6dBμV）。

結(jié)論

減輕EMI既是一種科學，也是一門藝術。有很多關于EMI最佳實踐的文章、應用指南和培訓。雖然一開始創(chuàng)造最佳機會讓設計通過測試很重要，但不能保證電路板將在首次運行時即可通過測試。因此，必須制定策略來改善EMI，而非對設計進行重大修改。本文中提供的提示只需很少的時間即可實現(xiàn)，是現(xiàn)在通過測試，還是經(jīng)過大量反復設計和測試后通過測試，兩者之間存在巨大差別。使用這些提示來改善您的EMI并通過該測試。