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电源电磁干扰知识:EMI性能极易被毁掉

     从开关节点到输入引线的少量寄生电容(100毫微微法拉)会让您无法满足电磁干扰(EMI)需求。那100fF电容器是什么样子的呢?在Digi-Key中,这种电容器不多。即使有,它们也会因寄生问题而提供宽泛的容差。 

不过,在您的电源中很容易找到作为寄生元件的100fF电容器。只有处理好它们才能获得符合EMI标准的电源。  

     图1是这些非计划中电容的一个实例。图中的右侧是一个垂直安装的FET,所带的开关节点与钳位电路延伸至了图片的顶部。输入连接从左侧进入,到达距漏极连接1cm以内的位置。这就是故障点,在这里FET的开关电压波形可以绕过EMI滤波器耦合至输入。

360截图20150507082004870.jpg

图1. 开关节点与输入连接临近,会降低EMI性能

注意,漏极连接与输入引线之间有一些由输入电容器提供的屏蔽。该电容器的外壳连接至主接地,可为共模电流提供返回主接地的路径。如图2所示,这个微小的电容会导致电源EMI签名超出规范要求。

360截图20150507082041773.jpg

图2. 寄生漏极电容导致超出规范要求的EMI性能

这是一条令人关注的曲线,因为它反映出了几个问题:明显超出了规范要求的较低频率辐射、共模问题通常很明显的1MHz至2MHz组件,以及较高频率组件的衰减正弦(x)/x分布。


需要采取措施让辐射不超出规范。我们利用通用电容公式将其降低了:

  C = ε ˙ A/d

  我们无法改变电容率(ε),而且面积(A)也已经是最小的了。  

不过,我们可以改变间距(d)。如图3所示,我们将组件与输入的距离延长了3倍。最后,我们采用较大接地层增加了屏蔽。

360截图20150507082122564.jpg

图3. 这个修改后的布局不仅可增加间距,而且还可带来屏蔽性能


图4是修改后的效果图。我们在故障点位置为EMI规范获得了大约6dB的裕量。此外,我们还显着减少了总体EMI签名。所有这些改善都仅仅是因为布局的调整,并未改变电路。如果您的电路具有高电压开关并使用了屏蔽距离,您需要非常小心地对其进行控制。



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360截图20150507082304314.jpg



图4. EMI性能通过屏蔽及增加的间距得到了改善 

总之,来自离线开关电源开关节点的100fF电容会导致超出规范要求的EMI签名。这种电容量只需寄生元件便可轻松实现,例如对漏极连接进行路由,使其靠近输入引线。通常可通过改善间距或屏蔽来解决该问题。要想获得更大衰减,需要增加滤波或减缓电路波形。



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