解讀電源模塊簡化低EMI設(shè)計方案

　　圖7.不同類型電源模塊的內(nèi)部組成。在這兩種情況下，電感器均位于IC晶片的頂部。
　　因此，在采用降壓轉(zhuǎn)換器或降壓電源模塊進(jìn)行設(shè)計時，如何放置輸入電容器應(yīng)該是首要考慮因素之一。電源模塊還具有以下優(yōu)點：電感器和IC之間的關(guān)鍵環(huán)路面積已經(jīng)過優(yōu)化。電感器在封裝內(nèi)部與集成電路連接（見圖7）。這種放置方式會在封裝內(nèi)部形成一個較小的環(huán)路區(qū)域。因此，不必將噪聲開關(guān)節(jié)點布線在印刷電路板上。
　　電源模塊中屏蔽了其中的大多數(shù)電感器，以防止來自線圈的電磁輻射。在非�？拷�電感器的地方會發(fā)生高電流電壓轉(zhuǎn)換，并且開關(guān)節(jié)點的一部分電磁場受到屏蔽，電感器位于引線框架的頂部（見圖7）。
　　快速的電壓和電流瞬變
　　快速瞬變會導(dǎo)致開關(guān)節(jié)點發(fā)生振鈴，從而產(chǎn)生EMI。在某些情況下，轉(zhuǎn)換器可連接至啟動引腳。將一個電阻器與啟動電容器串聯(lián)放置會增加上升時間（dt），在降低EMI的同時損失了效率。

　　圖8.將啟動電阻器添加到LMR23630轉(zhuǎn)換器開關(guān)節(jié)點的影響。EMI輻射較低，但由于開關(guān)損耗較高，因此效率有所降低。
　　圖8顯示了LMR23630 EVM的EMI輻射掃描。對布局進(jìn)行更改后，將輸入電容器放在距引腳約2.5厘米遠(yuǎn)的位置，以模擬不良布局，并展示啟動電容器的放置將如何影響EMI特性。在設(shè)計中多放一個啟動電容器可能比完全改變布局更容易。建議您在設(shè)計時始終將啟動電容器考慮進(jìn)去，以備不時之需。如果沒有，您可以使用0Ω電阻器來減少PCB上的空間。
　　將啟動電阻器與啟動電容器串聯(lián)可以降低EMI頻譜。某些頻率范圍中的發(fā)射會降低達(dá)6dB。圖8還顯示了效率平衡情況。使用30.1Ω的電阻器縮短上升時間dt，從而將效率降低1%以上。
　　看一下功率損耗就更能說明這一點。滿載（3A）的功率損耗從1.9W增加到2.1W。功率損耗超過10%時,可能會導(dǎo)致散熱問題。
　　在開關(guān)節(jié)點引腳和接地引腳之間放置一個小型肖特基二極管可以降低反向恢復(fù)電流，從而降低同步轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)節(jié)點電流振鈴dI，但這樣會提高物料清單（BOM）成本。或者，您可以添加一個緩沖網(wǎng)絡(luò)，其中包含一個位于開關(guān)節(jié)點與接地之間的額外的大封裝電容和電阻。緩沖器可消耗開關(guān)節(jié)點振鈴的能量，但需要知道附加組件的振鈴頻率和正確計算。這種方法同樣會降低開關(guān)電源的效率。
　　電流路徑中的寄生電感和電容
　　對于同步降壓轉(zhuǎn)換器，每個IC架構(gòu)會產(chǎn)生不同強度的噪聲，表現(xiàn)為EMI輻射。但很難從數(shù)據(jù)表中找到這一項。大多數(shù)數(shù)據(jù)表都沒有提供EMI圖，因為PCB布局、BOM組件和其他因素會對EMI特性產(chǎn)生影響。幸運的話，EVM用戶指南會提供此特定設(shè)計的EMI特性圖。但如果您的設(shè)計與EVM的布局和BOM不匹配，您所設(shè)計的應(yīng)用的EMI特性可能會有很大差異。電源模塊簡化了布局，實現(xiàn)了快速簡便的設(shè)計，因為您只需要考慮一些經(jīng)驗法則。例如，盡量減少接地平面中的跡線或切口數(shù)量；必要時，將其設(shè)計為與電流方向保持平行（圖9）。

　　圖9.PCB中的切口和跡線會影響電流，因此也會影響輻射EMI。
　　保護噪聲敏感節(jié)點免受噪聲節(jié)點的影響
　　盡可能縮短噪聲敏感節(jié)點，并遠(yuǎn)離噪聲節(jié)點。例如，從電阻分壓網(wǎng)絡(luò)到反饋（FB）引腳的長跡線可以充當(dāng)天線并捕獲電磁輻射干擾的噪聲（圖10）。這種噪聲會被引入FB引腳，致使輸出端產(chǎn)生額外的噪聲，甚至使器件不穩(wěn)定。在設(shè)計開關(guān)降壓調(diào)節(jié)器的布局時，將這一切都考慮在內(nèi)是一個挑戰(zhàn)。
　　噪聲敏感節(jié)點噪聲節(jié)點
　　反饋引腳開關(guān)節(jié)點
　　頻率設(shè)定電感器
　　補償網(wǎng)絡(luò)高dI/dt電容器
　　傳感路徑等FET、二極管等
　　表1.降壓轉(zhuǎn)換器中噪聲敏感節(jié)點和噪聲節(jié)點的示例。
　　圖10.始終將FB引腳上的電阻分壓器盡可能靠近FB引腳放置。

　　模塊的優(yōu)勢在于將噪聲敏感節(jié)點和噪聲節(jié)點保持在最低限度，從而最大限度地減小錯誤布局的幾率。唯一要注意的是保持FB引腳的跡線盡可能短。
　　結(jié)論
　　在開關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器中有許多用來調(diào)節(jié)EMI的旋鈕，但用來實現(xiàn)最佳方案可能還不夠方便。找到最佳配置會花費大量寶貴的設(shè)計時間。電源模塊早已包括FET和電感器，這就使得創(chuàng)建和完成具有良好EMI特性的電源設(shè)計變得簡單而又快捷。使用降壓模塊進(jìn)行設(shè)計時最關(guān)鍵的一點是一些外部元件的放置方式，這有助于顯著提高EMI特性。
　　轉(zhuǎn)換器和電源模塊的EMI比較
　　前文說明了開關(guān)電源中EMI的以及如何降低EMI�，F(xiàn)在，本文將通過比較轉(zhuǎn)換器和使用相同集成電路（IC）的電源模塊之間的測量結(jié)果，來演示模塊如何幫助減輕EMI輻射。兩者均來自TI的SIMPLE SWITCHER產(chǎn)品線，轉(zhuǎn)換器為LMR23630，電源模塊為LMZM33603 ，采用LMR23630 IC。通過對兩個器件的EVM做部分更改，以獲得相同的BOM數(shù)，因此結(jié)果僅取決于所選部件（轉(zhuǎn)換器或電源模塊）和布局。兩種EVM均具有良好的優(yōu)化布局。之后，將電容器放置在遠(yuǎn)離輸入引腳的位置，就生成了不良布局。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持