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有限且不断缩小的电路板空间、紧张的设计周期以及严格的电磁干扰(EMI)规范（例如CISPR 32和CISPR 25）这些限制因素，都导致获得具有高效率和良好热性能电源的难度很大。在整个设计周期中，电源设计通常基本处于设计过程的最后阶段，设计人员需要努力将复杂的电源挤进更紧凑的空间，这使问题变得更加复杂，非常令人沮丧。为了按时完成设计，只能在性能方面做些让步，把问题丢给测试和验证环节去处理。简单、高性能和解决方案尺寸三个考虑因素通常相互冲突：只能优先考虑一两个，而放弃第三个，尤其当设计期限临近时。牺牲一些性能变得司空见惯，其实不应该是这样的。
本文首先概述了在复杂的电子系统中电源带来的严重问题：即EMI，通常简称为噪声。电源会产生EMI，必须加以解决，那么问题的根源是什么？通常有何缓解措施？本文介绍减少EMI的策略，提出了一种解决方案，能够减少EMI、保持效率，并将电源放入有限的解决方案空间中。
什么是EMI？
电磁干扰是会干扰系统性能的电磁信号。这种干扰通过电磁感应、静电耦合或传导来影响电路。它对汽车、医疗以及测试与测量设备制造商来说，是一项关键设计挑战。上面提到的许多限制和不断提高的电源性能要求（功率密度增加、开关频率更高以及电流更大）只会扩大EMI的影响，因此亟需解决方案来减少EMI。许多行业都要求必须满足EMI标准，如果在设计初期不加以考虑，则会严重影响产品的上市时间。
EMI耦合类型
EMI是电子系统中的干扰源与接收器（即电子系统中的一些元件）耦合时所产生的问题。EMI按其耦合介质可归类为：传导或辐射。
传导EMI（低频，450 kHz至30 MHz）
传导EMI通过寄生阻抗以及电源和接地连接以传导方式耦合到元件。噪声通过传导传输到另一个器件或电路。传导EMI可以进一步分为共模噪声和差模噪声。 共模噪声通过寄生电容和高dV/dt(C×dV/dt)进行传导。它通过寄生电容沿着任意信号(正或负)到GND的路径传输，如图1所示。 差模噪声通过寄生电感(磁耦合)和高di/dt(L× di/dt)进行传导。
图1. 差模和共模噪声。
辐射EMI（高频，30 MHz 至1 GHz）
辐射EMI是通过磁场能量以无线方式传输到待测器件的噪声。在开关电源中，该噪声是高di/dt与寄生电感耦合的结果。辐射噪声会影响邻近的器件。
EMI控制技术
解决电源中EMI相关问题的典型方法是什么？首先，确定EMI就是一个问题。这看似很显而易见，但是确定其具体情况可能非常耗时，因为它需要使用EMI测试室(并非随处都有)，以便对电源产生的电磁能量进行量化，并确定该电磁能量是否符合系统的EMI标准要求。
假设经过测试，电源会带来EMI问题，那么设计人员将面临通过多种传统的校正策略来减少EMI的过程，其中包括： 布局优化：精心的电源布局与选择合适的电源组件同样重要。成功的布局很大程度上取决于电源设计人员的经验水平。布局优化本质上是个迭代过程，经验丰富的电源设计人员有助于最大限度地减少迭代次数，从而避免耽误时间和产生额外的设计成本。问题是：内部人员往往不具备这些经验。
缓冲器：一些设计人员会提前规划并为简单的缓冲器电路(从开关节点到GND的简单RC滤波器)提供占位面积。这样可以抑制开关节点的振铃现象(一项产生EMI的因素)，但是这种技术会导致损耗增加，从而对效率产生负面影响。
降低边沿速率：减少开关节点的振铃也可以通过降低栅极导通的压摆率来实现。不幸的是，与缓冲器类似，这会对整个系统的效率产生负面影响。
展频(SSFM)：许多ADI的Power开关稳压器都提供该特性，它有助于产品设计通过严格的EMI测试标准。采用SSFM技术，在已知范围内（例如，编程频率fSW上下±10%的变化范围）对驱动开关频率的时钟进行调制。这有助于将峰值噪声能量分配到更宽的频率范围内。
滤波器和屏蔽：滤波器和屏蔽总是会占用大量的成本和空间。它们也使生产复杂化。
以上所有制约措施都可以减少噪声，但是它们也都存在缺陷。最大限度地减少电源设计中的噪声通常能够彻底解决问题，但却很难实现。ADI的Silent Switcher®和Silent Switcher 2稳压器在稳压器端实现了低噪声，从而无需额外的滤波、屏蔽或大量布局迭代。由于不必采用昂贵的反制措施，加快了产品上市时间并节省大量的成本。
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发表于 2021-1-23 10:19:45
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