【導(dǎo)讀】出于產(chǎn)品規(guī)范和系統(tǒng)性能的考慮，電源產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)必須足夠低。不過，電源的電磁干擾水平卻是設(shè)計(jì)中最難精確預(yù)計(jì)的項(xiàng)目。本文中我們將考慮與低電磁干擾設(shè)計(jì)相關(guān)的兩種常見的折中方案;熱性能、電磁干擾以及與PCB布局和電磁干擾相關(guān)的方案尺寸等。
文中我們將使用一個簡單的降壓轉(zhuǎn)換器做例子，如圖1所示。
圖1：普通的降壓轉(zhuǎn)換器
在頻域內(nèi)測量輻射和傳導(dǎo)電磁干擾，這就是對已知波形做傅里葉級數(shù)展開，本文中我們著重考慮輻射電磁干擾性能。在同步降壓轉(zhuǎn)換器中，引起電磁干擾的主要開關(guān)波形是由Q1和Q2產(chǎn)生的，也就是每個場效應(yīng)管在其各自導(dǎo)通周期內(nèi)從漏極到源極的電流di/dt。圖2所示的電流波形(Q和Q2on)不是很規(guī)則的梯形，但是我們的操作自由度也就更大，因?yàn)閷?dǎo)體電流的過渡相對較慢，所以可以應(yīng)用Henry Ott經(jīng)典著作《電子系統(tǒng)中的噪聲降低技術(shù)》中的公式1。我們發(fā)現(xiàn)，對于一個類似的波形，其上升和下降時(shí)間會直接影響諧波振幅或傅里葉系數(shù)(In)。
圖2：Q1和Q2的波形
In=2IdSin(nπd)/nπd ×Sin(nπtr/T)/nπtr/T (1)
其中，n是諧波級次，T是周期，I是波形的峰值電流強(qiáng)度，d是占空比，而tr是tr或tf的最小值。
在實(shí)際應(yīng)用中，極有可能會同時(shí)遇到奇次和偶次諧波發(fā)射。如果只產(chǎn)生奇次諧波，那么波形的占空比必須精確為50%。而實(shí)際情況中極少有這樣的占空比精度。
諧波系列的電磁干擾幅度受Q1和Q2的通斷影響。在測量漏源電壓VDS的上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf，或流經(jīng)Q1和Q2的電流上升率di/dt 時(shí)，可以很明顯看到這一點(diǎn)。這也表示，我們可以很簡單地通過減緩Q1或Q2的通斷速度來降低電磁干擾水平。事實(shí)正是如此，延長開關(guān)時(shí)間的確對頻率高于 f=1/πtr的諧波有很大影響。不過，此時(shí)必須在增加散熱和降低損耗間進(jìn)行折中。盡管如此，對這些參數(shù)加以控制仍是一個好方法，它有助于在電磁干擾和熱性能間取得平衡。具體可以通過增加一個小阻值電阻(通常小于5Ω)實(shí)現(xiàn)，該電阻與Q1和Q2的柵極串聯(lián)即可控制tr和tf，你也可以給柵極電阻串聯(lián)一個 “關(guān)斷二極管”來獨(dú)立控制過渡時(shí)間tr或tf(見圖3)。這其實(shí)是一個迭代過程，甚至連經(jīng)驗(yàn)最豐富的電源設(shè)計(jì)人員都使用這種方法。我們的最終目標(biāo)是通過放慢晶體管的通斷速度，使電磁干擾降低至可接受的水平，同時(shí)保證其溫度足夠低以確保穩(wěn)定性。
圖3：用關(guān)聯(lián)二極管來控制過渡時(shí)間
