輻射整改之磁珠在BUCK電路中的應(yīng)用

一前言

作為常用的電源轉(zhuǎn)換模塊之一，BUCK降壓電路在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用，是常見(jiàn)的EMI輻射發(fā)射超標(biāo)問(wèn)題源之一，也是我們平時(shí)整改過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到的。

今天我們一起來(lái)看下如何利用磁珠整改這類問(wèn)題。

二降壓電路輻射原理

常見(jiàn)的BUCK應(yīng)用電路如下圖所示：

當(dāng)電路中的MOS開關(guān)管動(dòng)作時(shí)，PWM方波的高次諧波噪聲就能通過(guò)輸入輸出走線向外傳導(dǎo)，如下圖：

為了抑制這類沿電源線的高頻噪聲，一般選擇在BUCK電源的輸入輸出端增加磁珠濾波，如下圖所示：

但是在實(shí)際應(yīng)用中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使在輸入輸出端已經(jīng)做了足夠的濾波，但是BUCK電路的EMI噪聲還是很高，這時(shí)候該怎么辦呢？我們進(jìn)一步分析噪聲：根據(jù)電磁學(xué)理論，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，所以EMI的來(lái)源就是變化的電場(chǎng)，而電路中變化的電場(chǎng)主要有以下兩個(gè)因素：

di/dt

dv/dt

對(duì)于di/dt，BUCK電路主要有兩個(gè)高頻電流回路，如下：

如果我們能抑制di/dt，那么我們也就能抑制部分噪聲輻射，回路①是主電源回路，增加濾波器件可能造成功率損耗，可以嘗試在回路②做濾波，一般高頻di/dt噪聲考慮用磁珠進(jìn)行抑制，如下圖：

三應(yīng)用案例

接到客戶一個(gè)車載儀表盤項(xiàng)目整改需求，經(jīng)過(guò)摸底后部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：

通過(guò)將數(shù)據(jù)展開，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)在160M附近有很多密集的頻點(diǎn)，頻點(diǎn)之間的間隔在500KHz左右，而電路上與這個(gè)頻率相對(duì)應(yīng)的就是主電源的12V轉(zhuǎn)5V降壓電路。我們?cè)囘^(guò)在輸入輸出增加磁珠以及高頻電容濾波，并沒(méi)有起到明顯改善的效果，所以干擾不一定是通過(guò)電源輸入輸出走線輻射出去的。接下來(lái)用示波器抓取SW引腳的波形，看是否存在過(guò)沖現(xiàn)象，有過(guò)沖的話意味著存在較大的dv/dt，實(shí)際抓取波形如下：

如果存在過(guò)沖，一般考慮在SW引腳做RC吸收電路進(jìn)行抑制，不過(guò)這里并沒(méi)有過(guò)沖。接下來(lái)我們?cè)囅略陔姼欣m(xù)流回路上加磁珠抑制高頻電流di/dt的效果，同樣用示波器抓取SW引腳波形，如下圖所示：

從上圖可以看出，由于磁珠的存在，當(dāng)有瞬態(tài)電流流過(guò)時(shí)，會(huì)有V=Ldi/dt，電壓波形出現(xiàn)了波動(dòng)。（如果實(shí)測(cè)波形有測(cè)到過(guò)沖的出現(xiàn)，可以考慮在這里增加RC電路作吸收。）我們來(lái)看下實(shí)際輻射測(cè)試數(shù)據(jù)：

從數(shù)據(jù)上看，效果很明顯，在160MHz附近密集的頻點(diǎn)都被抑制下來(lái)了，剩余的其他頻點(diǎn)經(jīng)排查，是另一個(gè)高速SOC芯片的，將這個(gè)芯片關(guān)閉后，數(shù)據(jù)如下：

至此，關(guān)于該電路的BUCK降壓部分輻射問(wèn)題已經(jīng)整改完畢。

四總結(jié)

在BUCK降壓電路中，對(duì)于高頻電流di/dt，一般優(yōu)先考慮最小化電流回路設(shè)計(jì)，同時(shí)在端口處預(yù)留濾波器件位置。在本文中，小編嘗試在續(xù)流回路中增加磁珠濾波，能夠抑制di/dt，從而達(dá)到抑制EMI的效果。為了降低對(duì)電路的影響，磁珠選型時(shí)阻抗和DCR應(yīng)盡量選擇小一些。