开关电源(SMPS)是当今电子设备中占主导地位的电源类型。它们体积小、效率高，几乎适用于每一种便携式和电池驱动的设备，以及交流主电源设备。然而，它们的使用是有代价的，即电磁干扰(EMI)。
当与SMPS一起封装时，敏感电路可能会被EMI所淹没，无法正常工作。作为一名电源设计师，您有责任确定EMI可能会对您的产品以及同一环境下的其他设备的运行产生什么影响。然后你必须开始一个设计，将EMI降到最低，同时保持高效率的电源供应。在这里，我们将讨论这个具有挑战性的设计问题，并提供一系列解决方案来帮助您实现这个目标。
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定义EMI
电磁干扰包括宽带信号，可以干扰附近的电路。电磁干扰对无线电通信设备尤其有害，但它也会影响其他需要高放大倍数的电路。
EMI是由开关电路产生的。直流-直流变换器中的功率mosfet是电磁干扰的主要来源，其高频大电流脉冲具有快速上升和下降时间(dV/dt)、振铃和其他间断，产生广泛的干扰信号。
电磁干扰通过传导或辐射到达周围的电路。传导的电磁干扰通过任何公共电源和接地连接，甚至寄生电感或电容传播。辐射电磁干扰是一种穿透周围电路的无线电信号。在设计解决方案时，必须考虑这两个来源。传导的电磁干扰通常与低频率有关，通常小于30兆赫兹。辐射EMI在本质上是高频率的，可以从几百兆赫延伸到千兆赫范围。
为了确定设备能适应的电磁干扰程度，必须设置某种形式的测量或标准。这些测量和标准是由监管机构定义的，如美国的联邦通信委员会(FCC)和欧洲的国际扰动无线电电气特别委员会(CISPR)。FCC指南由《联邦法规法典》(CFR)第15部分b部分定义。CISPR指南由汽车行业的CISPR 25和任何多媒体设备的CISPR 32所涵盖。
遵循这些标准可以实现电磁兼容性(EMC)。电磁兼容是指在受害设备得到充分保护的情况下，违规设备或发电设备产生的电磁干扰水平不会对设备和应用产生负面影响。因此，它将在EMI环境中正常运行。您必须熟悉这些标准和用于认证和批准销售设备的测试方法。
电磁干扰处理的标准方法
一个加剧EMI问题的趋势是SMPS开关速度的提高。早期的电力供应低于100千赫。但是，多年来，为了追求更高的效率和更小的尺寸，SMPS的切换率现在已经超过了许多兆赫。这些更高的频率提高了效率，并有助于缩小滤波电容和电感，显著降低了电源的尺寸和成本。然而，EMI问题反过来变得更加严重。然而,一些已经出现了共同和有效的解决办法．
降低传导EMI最明显的方法是在开关模式调节器的输入端使用蛮力滤波器(见图)．整流直流电应用于大的电容器，将消除EMI的大部分，但通常较小的电容器和串联电感，偶尔也需要铁氧体珠。对于某些应用来说，这可能已经足够了——只有通过CISPR或FCC测试才能证明这一点。
另一个解决方案是使用所谓的扩频或时钟抖动。这是调制SMPS时钟频率的过程。根据标准测试程序的规定，测量仪器的分辨率带宽(RBW)范围内的低频(如9至10 kHz)用于在±5%至±10%的范围内改变时钟频率。这通常在低电磁干扰频率下更有效。电磁干扰信号的基本原理和谐波被降低，但它增加了噪声地板。
如果需要，这种技术可以在一些现成的商用调节器集成电路中实现。一种较新的解决方案是实现一种数字扩频技术，使用两个调制信号来覆盖更宽的频率范围。
通过采用由一些集成电路稳压器促进的有源滤波器，可以实现EMI的额外降低。电磁干扰被感知，并产生一个反极性信号，以帮助消除它的一个重要部分。
由于很大比例的电磁干扰是由快速上升和下降的时间产生的，因此降低转换速率是在保持可接受的效率下降的同时减少排放的一个好方法。一种常见的方法是在功率mosfet的栅极驱动路径中插入串联电阻。
所有前面讨论的方法主要用于减少低频电磁干扰(< 30mhz)。需要采用不同的技术来减轻30兆赫兹以上的电磁干扰。这些方法中的一些集中在稳压IC的封装和PCB布局上。
其他降低电磁干扰的方法
减少电磁干扰的一个主要因素是尽量减少PCB布局的大电流回路区域。对象中识别的当前循环数字电路中包含高dV/dt节点。在任何高频率工作的黄金规则适用于这里:保持所有组件的引线和PCB痕迹短。这个经常被忽视的因素是EMI的主要因素之一。一种优化的销排样方法在稳压器IC上使外部组件放置简单和高效，以最小化回路大小和EMI。
德州仪器在HotRod封装中提供稳压ic，消除了从芯片到封装引脚的标准键合线。这些短导线的电感在电源回路中引起振铃。的HotRod技术将芯片翻转并直接连接到引线框架上。这种安排也减少了电磁干扰，方便更有效地连接到直流-直流变换器的输入电容器。
在极端情况下，可以通过适当的金属外壳屏蔽电源或使用多层pcb来进一步降低电磁干扰。
电磁干扰缓解对每个产品都是独特的，需要考虑许多因素。要了解更多关于这些设计方法的信息，并研究使降低EMI过程更简单、更快和更有效的稳压ic产品线，请查看这些链接。一个全面系列的培训视频，可使您快速跟上EMI及其降低速度。
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