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从设计角度讨论如何降低电路EMI

2019年07月19日 16:02 次阅读

开关电源小型化设计中,提高开关频率可有效提高电源的功率密度。但随着开关频率提升,电路电磁干扰(EMI)问题使电源工程师面临了更大的挑战。本文以反激式开关拓扑为例,从设计角度,讨论如何降低电路EMI。

为提高开关电源的功率密度,电源工程师首先想到的办法是选择开关频率更高的MOSFET,通过提高开关速度可以显著地减小输出滤波器体积,从而在单位体积内可实现更高的功率等级。但是随着开关频率的提高,会带来EMI特性的恶化,必须采取有效的措施改善电路的EMI特性

开关电源的功率MOSFET安装在印制电路板上,由于印制电路板上MOSFET走线和环路存在杂散电容和寄生电感,开关频率越高,这些杂散电容和寄生电感更加不能够忽略。由于MOSFET上的电压和电流在开关时会快速变化,快速变化的电压和电流与这些杂散电容和寄生电感相互作用,会导致电压和电流出现尖峰,使输出噪声明显增加,影响系统EMI特性。

从设计角度讨论如何降低电路EMI

由1-1和1-2式可知,寄生电感和di/dt形成电压尖峰,寄生电容和dv/dt形成电流尖峰。这些快速变化的电流和关联的谐波在其他地方产生耦合的噪声电压,因此影响到开关电源EMI特性。下面以反激式开关拓扑为例,对降低MOSFET的dv/dt和di/dt措施进行介绍。

图1 MOSFET噪声源

1

降低MOSFET的dv/dt

图2 MOSFET等效电路

我们关注的是MOSFET特性以及影响这些特性的寄生效应:

1-3中,Rg和Cgd越大,dv/dt越低。1-4中,Coss越低,dv/dt越高。在MOSFET选型中,MOSFET的Coss、Ciss、Crss参数特性,影响开关尖峰大小。

从上述分析中可知,我们可以通过提高MOSFET寄生电容Cgd、Cgs、Cds和增大驱动电阻值Rg来降低dv/dt。

图3 降低MOSFET的dv/dt措施

可以采取以下有效措施:

较高的Cds可以降低dv/dt并降低Vds过冲;但是较高的Cds会影响转换器的效率。可以使用具有较低击穿电压和低导通电阻的MOSFET(这类MOSFET的Cds也较小)。但是如果考虑噪声辐射,则需要使用较大的谐振电容(Cds)。因此提高Cds则需要权衡EMI和效率两者的关系;

较高的Cgd实质上增加了MOSFET在米勒平台的持续时间,可以降低dv/dt。但这会导致增加开关损耗,从而降低MOSFET效率并且会提高其温升。提高Cgd,需要驱动电流也会大幅增加,驱动器可能会因瞬间电流过大而烧毁;建议不要轻易添加Cgd;

在栅极处添加外部Cgs电容,但很少使用此方法,因为增加栅极电阻Rg相对更简单。效果是相同的。

总结

图3总结为降低MOSFET的dv/dt措施总结。MOSFET内部寄生参数(Cgd和Cds)较低时,就可能有必要使用外部Cgd和Cds来降低dv/dt。外部电容的范围为几pF到100pF,这为设计人员提供这些寄生电容的固定值进行参考设计。

2

降低电路中di/dt

图4 降低MOSFET的di/dt措施

图4,MOSFET驱动阶段中存在的各个di/dt部分产生两种效果:

G极、D极、S极处的杂散电感引起的噪声电压;

初级大环路的噪声电压。

可通过下面措施进行改进:

1、增加高频电容减小环路面积

我们可以采取措施减小高频电位跳变点的PCB环路面积。增加高频高压直流电容C_IP是减少PCB环路面积和分离高频和低频两个部分回路有效措施。

2、合理增加磁珠抑制高频电流

为了额外降低di/dt,可以在电路中增加已知的电感,以抑制高频段的电流尖峰和振荡。已知的电感与杂散电感串联,所以总电感值在设计者已知的电感范围内。铁氧体磁珠就是很好的高频电流抑制器,它在预期频率范围内变为电阻,并以热的形式消散噪声能量。

3

推荐测试方案

正确使用和选择测量仪器和测量方法有助快速定位问题根源。调试时采用PWR2000W变频电源提供输入电压,在被测试电路出现异常时可以及时保护电路。普通测试探头容易引入额外寄生电感,造成噪声在普通探头中形成反射,引起振荡,会给测量引入不确定因素。采用我司推出的ZP1500D高压差分探头,其输入阻抗高达10MΩ,CMRR可达80dB以上,适合直接对MOSFET测量。ZDS4000系列示波器为数据挖掘型示波器,具有500M模拟带宽和512M存储深度,完全满足深度噪声测量需求。图5为推荐参考测试方案框图。

图5 MOSFET噪声测试方案

1、MOSFET电流测试波形图

如图5,在G极、S极和RCD电路中分别添加铁氧体磁珠进行优化。使用电流探头ZCP0030和ZDL6000示波记录仪进行测量。在输入110VAC@50Hz/输出100VDC@8A条件下,优化后(通道2蓝色)比优化前(通道1红色),电流尖峰和振荡明显降低。

图6 电流尖峰优化前后对比

2、MOSFET电压测试波形图

在MOSFET的DS极两端并510pF高压电容,测试Vgs和Vds,优化后比优化前的电压尖峰小30V左右,有效降低电压尖峰,有助与减少EMI。

图7 电压尖峰优化前

图8 电压尖峰优化后

4

小结

在电路的关键节点增加电容、磁珠以及在MOSFET外接Cds、增大Rgon等,是降低MOSFET电压尖峰和电流尖峰的有效措施,从而改善电路EMI性能。此外合适的测量仪器设备是电源工程师快速定位问题必不可少的工具,通过科学的测量方法和有效的改善手段,可使低噪高功率密度电源产品快速成型。

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此5伏黄灯包含一个与LED串联的集成限流电阻。这允许灯从5V电压源驱动而无需外部电流限制器。 HLMP-3650由GaAs衬底上的GaAsP制成。该漫射灯提供宽的离轴视角。 特性 积分电流限制电阻器 TTL兼容 需要没有5伏电源的外部限流器 成本效益 节省空间和电阻成本 宽视角 应用 全彩/视频标志

发表于 2019-07-04 11:54 0次阅读
HLMP-3650 T-1 3/4(5 mm),...

HLMP-1640-B00A1 T-1(3mm)...

5伏灯泡包含一个与LED串联的集成限流电阻。这允许灯从5伏电源驱动而无需外部电流限制器。 Green器件在GaP衬底上使用GaP。漫射灯提供宽的离轴视角。 特点 积分电流限制电阻器 TTL兼容无需外部具有5伏电源的限流器 节省成本节省空间和电阻器成本 宽视角 T-1封装中的高性能绿色 适用于直角外壳 应用 交通管理:交通信号工作区警示灯可变消息标志 商业户外广告:标志 Marquees 汽车:外部和内部灯...

发表于 2019-07-04 11:54 0次阅读
HLMP-1640-B00A1 T-1(3mm)...

HLMP-1601 T-1(3毫米),12伏,集...

此12伏灯泡包含一个与LED串联的集成限流电阻。这允许灯从12伏电源驱动而无需外部电流限制器。高效红色是GaP衬底上的GaAsP。漫射灯提供宽的离轴视角。 特点 积分电流限制电阻器 TTL兼容无需外部具有12伏电源的限流器 成本效益节省空间和电阻器成本 宽视角 T-1封装中的高效红色 批量供货 应用程序 交通管理:交通信号工作区警示灯可变消息标志 商业户外广告:标志 Marquees 汽车:外部和室内灯...

发表于 2019-07-04 11:54 2次阅读
HLMP-1601 T-1(3毫米),12伏,集...

HLMP-1640 T-1(3mm),5伏,集成...

5伏灯泡包含一个与LED串联的集成限流电阻。这允许灯从5伏电源驱动而无需外部电流限制器。 Green器件在GaP衬底上使用GaP。漫射灯提供宽的离轴视角。 特点 积分电流限制电阻器 TTL兼容无需外部具有5伏电源的限流器 节省成本节省空间和电阻器成本 宽视角 T-1封装中的高性能绿色 批量供货 应用程序 全彩标志 商业户外广告

发表于 2019-07-04 11:52 2次阅读
HLMP-1640 T-1(3mm),5伏,集成...

ASMT-MWE2-NNP00 3W Moons...

月光石3W高亮度电源LED光源是一种高性能节能设备,可以处理高热量和高驱动电流。裸露焊盘设计具有从封装到主板的出色热传递。 薄型封装设计适用于各种应用,特别是在高度受限的情况下。 该封装与回流焊接兼容。这将为光源设计者提供更多的自由度和灵活性。特性 高效节能 裸露焊盘,具有出色的传热性能 适用回流焊接工艺 高电流操作 使用寿命长 宽视角 有机硅封装 非ESD敏感(阈值> 16kV) MSL 4产品 应用 签署背光 安全,出口和紧急标志照明 专业照明,如工作照明和阅读灯 零售展示 商业照明 口音或 便携式照明灯,自行车头灯,手电筒灯。 装饰照明 建筑照明 途径照明 街道照明 步行街照明 隧道照明...

发表于 2019-07-04 11:23 5次阅读
ASMT-MWE2-NNP00 3W Moons...

ASMT-MYE2-NMP00 3W大功率LED

月光石3W高亮度电源LED光源是一种高性能节能设备,可以处理高热量和高驱动电流。裸露焊盘设计具有从封装到主板的出色热传递。 薄型封装设计适用于各种应用,特别是在高度受限的情况下。 该封装与回流焊接兼容。这将为光源设计者提供更多的自由度和灵活性。特性 高效节能 裸露焊盘,具有出色的传热性能 适用回流焊接工艺 高电流操作 使用寿命长 宽视角 有机硅封装 非ESD敏感(阈值> 16kV) MSL 4产品 应用 签署背光 安全,出口和紧急标志照明 专业照明,如工作照明和阅读灯 零售展示 商业照明 口音或 便携式照明灯,自行车头灯,手电筒灯。 装饰照明 建筑照明 途径照明 街道照明 步行街照明 隧道照明...

发表于 2019-07-04 11:22 0次阅读
ASMT-MYE2-NMP00 3W大功率LED

AFBR-0545Z AFBR-0545Z用于A...

Broadcom AFBR-5972Z收发器模块使系统设计人员能够通过标准塑料光纤(POF)实现100 Mb / s快速以太网数据链路。 AFBR-0545Z媒体转换器套件允许系统设计人员快速评估AFBR-5972Z收发器模块的性能。 套件中的两块板提供了一种简单的解决方案,可将CAT-5以太网转换为塑料光纤,然后再转换回来。这样可以评估以太网运行长达50米的塑料光纤。 收发器模块可与Broadcom Versatile Link连接器(AFBR-4526Z)连接.AFBR-5972Z模块无铅符合RoHS标准。 功能 AFBR-0545Z媒体转换器套件包括: 媒体转换板(2片) 12V直流电源( 2件)加电源适配器(5种,每件2件) 2米POF电缆 用于AFBR-5972Z的双工连接器(P / N HFBR-RSD002Z) CAT 5跳线(2件) AFBR-0545Z应用说明...

发表于 2019-07-04 11:10 0次阅读
AFBR-0545Z AFBR-0545Z用于A...

AFBR-5803AQZ 125 MBd MMF...

完全符合FDDI PMD标准的光学性能要求 完全符合FDDI LCF-PMD标准 完全符合ATM 100Mb / s物理层的光学性能要求 完全符合100Base-FX版IEEE 802.3u的光学性能要求 多源1x9封装可选择双工SC或双工ST插座 波峰焊和水洗工艺兼容 3.3V或5V单电源 符合RoHS标准

发表于 2019-07-04 11:08 0次阅读
AFBR-5803AQZ 125 MBd MMF...

AFBR-5803ATZ 125 MBd MMF...

完全符合FDDI PMD标准的光学性能要求 完全符合FDDI LCF-PMD标准 完全符合ATM 100Mb / s物理层的光学性能要求 完全符合100Base-FX版IEEE 802.3u的光学性能要求 多源1x9封装可选择双工SC或双工ST插座 波峰焊和水洗工艺兼容 3.3V或5V单电源 符合RoHS标准

发表于 2019-07-04 11:07 0次阅读
AFBR-5803ATZ 125 MBd MMF...

AFBR-5803AZ 125 MBd MMF收...

完全符合FDDI PMD标准的光学性能要求 完全符合FDDI LCF-PMD标准 完全符合ATM 100Mb / s物理层的光学性能要求 完全符合100Base-FX版IEEE 802.3u的光学性能要求 多源1x9封装可选择双工SC或双工ST插座 波峰焊和水洗工艺兼容 - 3.3V或5V单电源 符合RoHS标准

发表于 2019-07-04 11:07 0次阅读
AFBR-5803AZ 125 MBd MMF收...

AFBR-5803Z 125 MBd MMF收发...

完全符合FDDI PMD标准的光学性能要求 完全符合FDDI LCF-PMD标准 完全符合ATM 100Mb / s物理层的光学性能要求 完全符合100Base-FX版IEEE 802.3u的光学性能要求 多源1x9封装可选择双工SC或双工ST插座 波峰焊和水洗工艺兼容 3.3V或5V单电源 符合RoHS标准

发表于 2019-07-04 11:07 0次阅读
AFBR-5803Z 125 MBd MMF收发...

AFBR-5803TZ 125 MBd MMF收...

完全符合FDDI PMD标准的光学性能要求 完全符合FDDI LCF-PMD标准 完全符合ATM 100Mb / s物理层的光学性能要求 完全符合100Base-FX版IEEE 802.3u的光学性能要求 多源1x9封装可选择双工SC或双工ST插座 波峰焊和水洗工艺兼容 3.3V或5V单电源 符合RoHS标准

发表于 2019-07-04 11:07 0次阅读
AFBR-5803TZ 125 MBd MMF收...

HFBR-1523Z 适用于工业应用的40 KB...

符合RoHS标准 低成本光纤组件 增强型数字链路:dc-5 MBd 扩展距离链接最大120 m,40 kBd 低电流链路:6 mA峰值电源电流 水平和垂直安装 联锁功能 高抗噪性 易于连接:单工,双工和锁定连接器 阻燃 变送器采用660 nm红色LED为了便于查看 与标准TTL电路兼容 可根据要求提供3D模型

发表于 2019-07-04 11:03 6次阅读
HFBR-1523Z 适用于工业应用的40 KB...

BCM8305 四路低功耗单向10 GbE CD...

与EyeOpener®完全集成的多速率CDR,限制放大器和信号丢失检测,工作速率为10 GbE。   BCM8305非常适用于40 GbE模块和4 x 10 GbE应用,以及用于在线卡上重新定时10G信号以符合SFI / XFI标准。 BCM8305提供高抖动容限和低抖动生成,旨在符合光互联网论坛IEEE标准。 BCM8305可以采用1.0V单电源供电,无需任何特殊的电源排序要求。 BCM8305采用8 mm x 8 mm,81引脚BGA封装。 特性 完全集成的多速率四核CDR 集成限幅放大器 信号丢失检测 可编程均衡,以适应信号丢失,允许在非常长的PCB走线上进行接口...

发表于 2019-07-04 10:24 4次阅读
BCM8305 四路低功耗单向10 GbE CD...

BCM8325 四路低功耗单向10 GbE无参考...

完全集成的多速率CDR与EyeOpener®,限制放大器和信号丢失检测,工作在10 GbE。 BCM8325非常适用于40 GbE模块和4x 10 GbE应用,以及用于在线卡上重新定时10G信号以符合SFI / XFI标准。   BCM8325提供高电平 - 抖动容限和低抖动生成,旨在符合光互联网论坛(OIF)IEEE标准。 BCM8325可以采用1.0V单电源供电,无需任何特殊的电源排序要求。 BCM8325采用8 mm x 8 mm,81引脚BGA封装。 功能 低延迟...

发表于 2019-07-04 10:24 7次阅读
BCM8325 四路低功耗单向10 GbE无参考...

BCM8302 双速多速率10-Gb / s低功...

完全集成的多速率时钟和数据恢复(CDR)芯片,带有EyeOpener®,限制放大器和信号丢失检测,工作速率从8.5 Gb / s到11.4 Gb / s。  BCM8302提供高抖动容限和低抖动生成,旨在符合光互联网论坛(OIF),IEEE 802.3ae,Telcordia®,ANSI和ITU-T抖动标准。用户可以选择BCM8302参考时钟输入频率,线速率除以16或64. BCM8302可以采用1.0V单电源供电,无需任何特殊的电源排序要求。 BCM8302有两种封装:5 mm x 5 mm,36引脚BGA和6 mm x 6 mm,49引脚BGA,球间距为0.8 mm。  特性 完全集成的多速率双CDR 速率从8.5 Gb / s到11.4 Gb / s 高抖动容限和低抖动生成 符合光互联网论坛(OIF),IEEE 802.3ae,Telcordia,ANSI和ITU-T抖动标准...

发表于 2019-07-04 10:22 7次阅读
BCM8302 双速多速率10-Gb / s低功...

BCM8324 四路低功耗单向10 GbE无参考...

完全集成的多速率CDR与EyeOpener®,限制放大器和信号丢失检测,工作在8.5 Gb / s至11.4 Gb / s。   BCM8324非常适用于40-GbE模块和4x 10G应用中的应用,以及用于在线路卡上重新定时10G信号以符合SFI / XFI标准。 BCM8324提供高抖动容限和低抖动生成,旨在符合光互联网论坛(OIF),IEEE 802.3ae,Telcordia®,ANSI和ITU-T抖动标准。 BCM8324可以采用1.0V单电源供电,无需任何特殊的电源排序要求。 BCM8324采用8 mm x 8 mm,81引脚BGA封装。 功能 可编程Tx预加重 可编程Rx均衡器 低延迟...

发表于 2019-07-04 10:22 6次阅读
BCM8324 四路低功耗单向10 GbE无参考...

BCM97271 VOICE STB DEVEL...

Broadcom ® BCM97271亚马逊Alexa语音服务(AVS)语音STB开发套件允许Broadcom OEM客户使用Alexa快速创建机顶盒内置。 Broadcom的STB SoC集成了允许直接连接多个麦克风的接口。通用和专用计算资源在将干净的音频传递到Amazon Voice Service之前执行麦克风输入的预处理。 该参考套件预先集成了一整套Broadcom机顶盒软件,可以广泛应用于Broadcom的机顶盒SoC。  完整的Broadcom BCM97271语音参考设计利用BCM97271VC4L平台,最多包含四个麦克风,基于BCM7271 STB SoC。 功能 行业领先的声学处理性能和电源效率实现AVS 使用适用于Linux的Alexa智能屏幕和电视设备SDK引人注目的交互式视觉效果 Amazon Wake Word引擎 与Broadcom无缝集成Nexus机顶盒Linux参考软件 开箱即用的操作,可通过未来更新支持的附加功能进行升级 四核Broadcom B53 CPU SoC 将2至4个数字MEM I2S / TDM麦克风直接连接至SoC 无需外部DSP或信号处理 从待机状态唤醒STB / TV(在SoC中) - 具体用于将STB / TV从待机状态转换为活动状态的关键字和命令 4Kp60 10位视频和通过HDMI TX...

发表于 2019-07-04 10:06 4次阅读
BCM97271 VOICE STB DEVEL...

BCM94201 通用卫星接收器

Broadcom的BCM94201是一个卫星接收机评估系统参考设计。   Broadcom的BCM94201卫星接收机评估系统是旨在供硬件和软件工程师用作加速BCM4201系统设计周期的基准和开发工具。该参考设计提供了一个评估BCM4201通用卫星接收器的平台,该接收器支持Digicipher II,DIRECTV和DVB标准。这种紧凑的独立系统为快速技术集成提供了完整的开发环境。  功能 基于Broadcom BCM4201通用卫星的参考设计接收器 DIRECTV或DVB格式的标准MPEG-2输出 需要+ 3.3V,+ 5V,+ 28V和LNB功率的24针电源连接器 应用程序 机顶盒 ...

发表于 2019-07-04 10:05 8次阅读
BCM94201 通用卫星接收器

BCM7428 IP HD STB客户端SoC

BCM7428是一个客户端片上系统(SoC),用于基于HD的IP机顶盒,集成了MoCA技术。   BCM7428是具有集成MoCA技术的Broadcom SoC器件系列的一部分。通过将MoCA 2.0直接集成到STB SoC中,Broadcom可以提供双倍的视频带宽,更高的安全性和更低的功耗要求。 MoCA 2.0支持改进的数据包错误率,为运营商提供更高的服务质量(QoS)级别,并有效地将更多数量的调谐器/解调器集成到下一代STB和网关设备中。 功能 MoCA 2.0使家庭网络带宽增加一倍以上,提高家庭视频质量和分布 通过先进的电源管理技术实现更高能效的系统-power sleep和Wake-on-Lan(WOL)模式 支持更高级别的安全性以增强内容保护 基于40 nm工艺技术 Powered通过高性能双线程Zephyr CPU提供3000 DMIPS 应用程序 机顶盒 HDTV 家庭网关  IPTV  ...

发表于 2019-07-04 10:01 12次阅读
BCM7428 IP HD STB客户端SoC

开关电源中什么是电压调整率和负载调整率?

电源调整率的定义为电源供应器於输入电压变化时提供其稳定输出电压的能力。此项测试系用来验证电源供应器在...

发表于 2019-07-04 08:57 297次阅读
开关电源中什么是电压调整率和负载调整率?

启辉器在日光灯中的应用及原理分析

当开关接通的时候,电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器的惰性...

发表于 2019-07-03 16:16 351次阅读
启辉器在日光灯中的应用及原理分析

LM1036引脚功能及应用特点介绍

LM1036采用双列直插20脚封装,内部电路主要由内部稳压电源(供电路内用)、齐纳稳压电源(专供直流...

发表于 2019-07-03 14:13 299次阅读
LM1036引脚功能及应用特点介绍

Microchip推出新型电容触摸式控制器 加速...

为解决汽车触摸屏开发人员面临的电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)问题,Microchip Te...

发表于 2019-07-03 08:41 740次阅读
Microchip推出新型电容触摸式控制器 加速...

PLC控制伺服 如何实现暂停功能?

plc控制伺服,如何实现暂停功能,基本可以从硬件和软件的方面去实现伺服电机的暂停功能。硬件方面就是断...

发表于 2019-07-02 15:43 374次阅读
PLC控制伺服 如何实现暂停功能?

曜越ToughpowerGrand650W电源高...

对于很多玩家来说,RGB发光是一种信仰,从机箱到主板,从显卡到风扇……就连藏在角落里的电源也变得熠熠...

发表于 2019-07-02 15:20 72次阅读
曜越ToughpowerGrand650W电源高...

利用NE555和CD4017构成的LED灯

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号,555系列IC的接脚功能及运用都是相容的,只是...

发表于 2019-07-02 15:11 370次阅读
利用NE555和CD4017构成的LED灯

简化EMI抑制技术 搞定高性价比隔离设计

出于各种原因,电子系统需要实施隔离。它的作用是保护人员和设备不受高电压的影响,或者仅仅是消除PCB上...

发表于 2019-07-02 10:40 352次阅读
简化EMI抑制技术 搞定高性价比隔离设计

浪涌保护器如何接线?

浪涌也叫突波,就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲,浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种...

发表于 2019-07-01 15:23 215次阅读
浪涌保护器如何接线?

*ST嘉陵经营范围变更为锂电池研究等业务

*ST嘉陵经营范围变更为锂离子电池的研究,开展基础电池机理的研究,电池制备新工艺的开发及应用等。

发表于 2019-07-01 14:56 273次阅读
*ST嘉陵经营范围变更为锂电池研究等业务

励磁与励磁系统的定义及作用分析

励磁就是向发电机或者同步电动机定子提供定子电源,为发电机等(利用电磁感应原理工作的电气设备)提供工作...

发表于 2019-07-01 14:30 331次阅读
励磁与励磁系统的定义及作用分析

三相交流电相序检测器电路图

在使用三相交流电动机时,需要知道所连接三相电源的相序,若相序不正确,则电动机的旋转方向将与所需的相反...

发表于 2019-07-01 14:08 151次阅读
三相交流电相序检测器电路图