技术干货 如何优化消费类和射频敏感应用的开关稳压器中的EMI?

现代电子设备的日益普及给人们带来了便利,但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元件的相互作用引起的干扰现象。
由于电子设备在工作时产生电磁波,因此各种电子设备相互干扰,这会对敏感电路造成意外影响,并且在严重的情况下会妨碍电路正常工作。这就是降低EMI对系统稳定性至关重要的原因。本文讨论EMI性能如何使消费者和RF设备受益,例如家用电器,报警系统和车库门开启器。
如何优化EMI
对于开关电源,重要的是要解决电路设计和电路板布局中的EMI问题。在电路设计方面,开关速度以及开关节点上的振铃(见图1)都会影响EMI性能。


图1典型应用电路
EMI可以通过两种方式有效优化:开关速度控制和抗振铃控制。
开关速度控制
通过延长开关节点的开关上升时间和下降时间来降低EMI,以降低dV / dt压摆率的影响(参见图2,图3,图4和图5)。



图2开关速度控制前的SW上升时间




图3开关速度控制后的SW上升时间



图4开关速度控制前的SW下降时间



图5开关速度控制后的SW下降时间


轻载时的抗振铃控制
在交换节点上振铃会导致EMI。器件振铃越多,EMI性能越差(见图6)。在SW和GND之间添加1kΩ电阻(R)和另一个开关(S1)可减轻振铃。在轻负载时,当HS和LS开关都关闭时,S1导通,允许L1的一些电源通过R和S1释放到GND(见图7)。



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图6在反振铃控制之前对SW进行更多振铃
(测试条件:V IN = 12V,V OUT = 3.3V,I OUT = 10mA)



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图7反振铃控制后SW上的振铃较少
(测试条件:V IN = 12V,V OUT = 3.3V,I OUT = 10mA)
图8和图9显示了通过实现开关速度和抗振铃控制实现的EMI降低。



图8开关速度控制和反振铃控制前的EMI测试
(测试条件:V IN = 12V,V OUT = 5V,1.2A)





图9开关速度控制和反振铃控制后的EMI测试
(测试条件:V IN = 12V,V OUT = 5V,1.2A)
PCB布局可提供更好的EMI
开关电源的反馈信号是对电磁干扰非常敏感的模拟信号,并且很容易被其自身的开关信号干扰。良好的布局可以减少这种干扰并实现更好的EMI性能。布局不良可能会导致大的波纹,甚至阻止电源工作。
以下是通过元件布局和PCB布局实现更好EMI的一些技巧:
  • 将输入滤波电容靠近IC放置(参见图10)。
 

图10输入滤波电容靠近IC时的磁场较小
  • 使用屏蔽电感。
  • 使用小型SW pad布局(参见图11)。
 

图11小SW垫布局
  • 使用从IC GND平面到系统GND平面的单个连接。
  • 保持输入地和GND之间的连接尽可能短而宽。
  • 使用多个过孔或宽走线将VCC电容的地连接到IC的地。
  • 保持输入电容和IN之间的连接尽可能短而宽。
  • 确保所有反馈连接都是短而直接的。
  • 将反馈电阻和补偿元件尽可能靠近芯片放置。
  • 将SW路由远离敏感的模拟区域,例如FB。


消费者和射频敏感应用的优化
在拥有如此多电子设备的世界中 - 从家用电器到消费电子产品和RF敏感设备,如车库门开启器和报警系统 - EMI问题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性能解决了这一问题,同时通过简单的封装和单层PCB实现了简单,经济的制造。
该系列可用作次级侧DC / DC稳压器(见图12)。



图12在空调中的应用
MP2317系列主要特点:
  • 7.5V至26V宽输入工作范围
  • 150μA低静态电流
  • 出色的负载和线路调节以及瞬态响应(见图15)
  • 高效率:峰值96%,12V至5V / 20mA时80%(见图13)
  • 全面保护(OTP,UVLO,OCP),提高可靠性和使用寿命


图13效率
(测试条件:V IN = 12V,V OUT = 5V)



图14用于单层布局的MP2317(U1)



图15快速负载瞬态响应
(测试条件:V IN = 12V,V OUT = 5V,L =10μH)
结论
除了EMI优化之外,EMI优化对于可靠的电路操作至关重要,因此制造的简便性也很重要。该
MPS的MP2344和MP2345系列高效率26V开关稳压器采用小型6引脚SOT23封装,提供引脚兼容的1A / 2A / 2.5A封装和大引脚间距(0.95mm),可实现简单制造使用单层PCB布局来节省成本。同一占位面积内的三级输出电流为系统工程师提供了在不更换PCB的情况下切换到不同器件的灵活性,从而节省了额外的时间和成本。

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