电磁兼容EMI优化方案

现代电子设备的普及为人们带来极大便利的同时，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器件之间相互作用而产生的干扰现象。

电子设备在工作时会产生电磁波，电磁波相互干扰会对敏感电路产生不好的影响，在严重的情况下会导致电路无法正常工作。这就是降低EMI能够提高系统稳定性的重要原因。本文讨论了EMI如何影响消费类电子和敏感设备性能，例如家用电器，警报系统和车库门开启器。

如何优化EMI

在开关电源的设计中，电路设计和电路板布局是解决EMI问题的两个关键点。在电路设计中，开关频率以及开关节点上的振铃（图1）会产生电磁干扰（ＥＭＩ）。

图一：典型开关电源应用电路

两种方式可有效优化EMI：开关频率控制法和防振铃控制法

开关频率控制法

通过延长开关节点的开关上升时间和下降时间来降低dV / dt变化速率，从而减少了EMI（见图2，图3，图4和图5）。

防振铃控制法

开关节点上的振铃会导致EMI问题的出现。器件的振铃越多，EMI性能就越差（图6）。在SW和GND之间增加一个1k Ω电阻（R）和另一个开关（S1）可减轻振铃。在轻载的情况下，当HS和LS开关均关断时，S1导通，使L1的部分电流通过R和S1释放到GND（图7）。

图六：SW 处较多振铃（无防振铃控制）

图七：SW 处较少振铃（有防振铃控制）（测试条件：VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 10mA）

图8和图9展示了通过开关速度控制和防振铃控制而实现的EMI降低。

可改善EMI的PCB布局

开关电源的反馈信号是对电磁干扰非常敏感的模拟信号，并且容易受到其自身的开关信号的干扰。良好的布局可以减少这种EMI干扰，而不良的布局可能会产生较大的纹波，甚至会导致电源无法正常工作。

以下是通过元件放置和PCB布局实现更好的EMI性能的一些技巧：

● 将输入滤波电容靠近IC放置（图10）。

图十：输入电容靠近IC放置，电磁场更小

● 使用屏蔽电感

● 使用小的SW pad布局（图11）

● IC GND与系统GND使用单点连接

● 保持输入地和GND之间的连接尽可能短和宽

● 通过多个过孔或宽走线将VCC电容的接地连接到IC的接地

● 输入电容与IN引脚之间的连线尽可能宽且短

● 确保所有的反馈都直接连接且连线短

● 反馈电阻和补偿器件都尽可能的靠近芯片

● 将SW信号远离敏感的模拟信号，例如FB信号

针对消费电子及射频敏感类应用的优化

在这个电子设备遍布的世界中，从家用电器到消费电子产品和对射频敏感的设备（例如车库门开启器和警报系统），EMI现象都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性能来解决此问题，同时MP2317系列拥有简单的封装且支持使用单层PCB板进行设计使制造更加简单和经济。

MP2317系列可以用作次级侧DC / DC变换器（图12）。

图十二：在空调中的应用

MP2317系列的主要特点：

● 7.5V 到26V大范围输入电压

● 150uA小静态电流

● 出色的负载线路调整率以及瞬态响应（图15）

● 效率最高可达96%，在12V转5V/20mA时，效率可达80%（图13）

● 全面的保护（过温保护OTP，低压保护UVLO，过流保护OCP）以提高可靠性和使用寿命

图十三：MP2317效率图

图十四：MP2317（U1）单层板布局图(测试条件: VIN = 12V, VOUT = 5V)

图十五：MP2317 快速负载瞬态响应(测试条件: VIN = 12V, VOUT = 5V, L = 10μH)

结论：

除了对电路的可靠性有着至关重要的EMI优化问题之外，电路的制造简便性也很重要。MPS的1A / 2A / 2.5A 26V高效开关稳压器--MP2317，MP2344和 MP2345系列，采用了小型6引脚SOT23封装和大引脚间距（0.95mm），这种封装方式能够使用单层PCB进行布局， 以此简化制造工艺以节省制造成本。这个系列三个不同电流值的开关稳压器使用同一种封装且互相Pin-to-Pin兼容，系统工程师无需更改PCB即可灵活切换到不同电流值的开关稳压器上，从而节省设计时间和成本。

随着时代的发展，越来越多的电子、电气设备或系统产品都需要进行检验检测，其中EMC测试是必备的检验检测指标之一。但EMC测试项目费用较贵，EMC实验室造价昂贵，绝大部分测量设备又需要采用进口设备，导致很少检验检测机构有能力建造EMC实验室。产品的EMC性能是设计阶段赋予的，一般电子产品设计时如果不考虑EMC因素，就会很容易导致EMC测试失败，以致不能通过相关EMC法规的测试或认证。例如，产品设计研发工程师们根据需求，设计出效果良好的滤波电路，置入产品I/O(输入/输出）接口的前级，可使因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处；设计出隔离电路（如变压器隔离和光电隔离等）解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰，同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰；设计出能量吸收回路，从而减少电路、器件吸收的噪声能量；通过选择元器件和合理安排的电路系统，使干扰的影响减少。

EMC技能:整改小技巧

1、150kHz-1MHz，以差模为主，1MHz-5MHz，差模和共模共同起作用，5MHz 以后基本上是共模。差模干扰的分容性藕合和感性藕合。一般1MHz以上的干扰是共模，低频段是差摸干扰。用一个电阻串个电容后再并到Y电容的引脚上，用示波器测电阻两引脚的电压可以估测共模干扰。

2、保险过后加差模电感或电阻。

3、小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。

4、前端的π型EMI零件中差模电感只负责低频EMI，体积别选太大(DR8太大，能用电阻型式或DR6更好)否则幅射不好过，必要时可串磁珠，因为高频会直接飞到前端不会跟着线走。5、传导冷机时在0.15MHz-1MHz超标，热机时就有7dB余量。主要原因是初级BULk电容DF值过大造成的，冷机时ESR比较大，热机时ESR比较小，开关电流在ESR上形成开关电压，它会压在一个电流LN线间流动，这就是差模干扰。解决办法是用ESR低的电解电容或者在两个电解电容之间加一个差模电感。

6、测试150kHz总超标的解决方案：加大X电容看一下能不能下来，如果下来了说明是差模干扰。如果没有太大作用那么是共模干扰，或者把电源线在一个大磁环上绕几圈， 下来了说明是共模干扰。如果干扰曲线后面很好，就减小Y电容，看一下布板是否有问题，或者就在前面加磁环。

7、可以加大PFC输入部分的单绕组电感的电感量。

8、PWM线路中的元件将主频调到60kHz左右。

9、用一块铜皮紧贴在变压器磁芯上。

10、共模电感的两边感量不对称，有一边匝数少一匝也可引起传导150kHz-3MHz超标。11、一般传导的产生有两个主要的点：200kHz和20MHz左右，这几个点也体现了电路的性能;200kHz左右主要是漏感产生的尖刺;20MHz左右主要是电路开关的噪声。处理不好变压器会增加大量的辐射，加屏蔽都没用，辐射过不了。

12、将输入BUCk电容改为低内阻的电容。

13、对于无Y-CAP电源，绕制变压器时先绕初级，再绕辅助绕组并将辅助绕组密绕靠一边，后绕次级。

14、将共模电感上并联一个几k到几十k电阻。

15、将共模电感用铜箔屏蔽后接到大电容的地。

16、在PCB设计时应将共模电感和变压器隔开一点以免互相干扰。

17、保险套磁珠。

18、三线输入的将两根进线接地的Y电容容量从2.2nF减小到471。

19、对于有两级滤波的可将后级0.22uFX电容去掉(有时前后X电容会引起震荡) 。

20、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰，改良方法是将此电容用铜泊包起来屏蔽接到地，或者用一块小的PCB将此电容与变压器和PCB隔开。或者将此电容立起来， 也可以用一个小电容代替。

21、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰，改良方法是将此电容用一个1uF/400V或者说0.1uF/400V电容代替， 将另外一个电容加大。

22、将共模电感前加一个小的几百uH差模电感。

23、将开关管和散热器用一段铜箔包绕起来，并且铜箔两端短接在一起，再用一根铜线连接到地。

24、将共模电感用一块铜皮包起来再连接到地。

25、将开关管用金属套起来连接到地。

26、加大X2电容只能解决150kHz左右的频段，不能解决20MHz以上的频段，只有在电源输入加以一级镍锌铁氧体黑色磁环，电感量约50uH-1mH。

27、在输入端加大X电容。

28、加大输入端共模电感。

29、将辅助绕组供电二极管反接到地。

30、将辅助绕组供电滤波电容改用瘦长型电解电容或者加大容量。

31、加大输入端滤波电容。

32、150kHz-300kHz和20MHz-30MHz这两处传导都不过，可在共模电路前加一个差模电路。也可以看看接地是否有问题，该接地的地方一定要加强接牢，主板上的地线一定要理顺，不同的地线之间走线一定要顺畅不要互相交错的。

33、在整流桥上并电容，当考虑共模成分时，应该邻角并电容，当考虑差模成分时，应该对角并电容。

34、加大输入端差模电感。

2、产品电磁兼容骚扰源有：

1、设备开关电源的开关回路：骚扰源主频几十kHz到百余kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。

2、设备直流电源的整流回路：工频线性电源工频整流噪声频率上限可延伸到数百kHz；开关电源高频整流噪声频率上限可延伸到数十MHz。

3、电动设备直流电机的电刷噪声：噪声频率上限可延伸到数百MHz。

4、电动设备交流电机的运行噪声：高次谐波可延伸到数十MHz。

5、变频调速电路的骚扰发射：开关调速回路骚扰源频率从几十kHz到几十MHz。

6、设备运行状态切换的开关噪声：由机械或电子开关动作产生的噪声频率上限可延伸到数百MHz。

7、智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰：骚扰源主频几十kHz到几十MHz，高次谐波可延伸到数百MHz。

8、微波设备的微波泄漏：骚扰源主频数GHz。

9、电磁感应加热设备的电磁骚扰发射：骚扰源主频几十kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。

10电视电声接收设备的高频调谐回路的本振及其谐波：骚扰源主频数十MHz到数百MHz，高次谐波可延伸到数GHz。

11、信息技术设备及各类自动控制设备的数字处理电路：骚扰源主频数十MHz到数百MHz（经内部倍频主频可达数GHz），高次谐波可延伸到十几GHz。

审核编辑：汤梓红