移动电源设计如何通过EMI测试

　　设计一个移动电源的一个关键设计挑战是通过EMI测试，电子工程师经常担心EMI测试失败。若电路EMI测试多次失败，这将是一场噩梦。您将不得不夜以继日地在EMI实验室工作来解决问题，避免产品推出延迟。对于诸如移动电源的消费类产品，设计周期短，而EMI认证限制又严格，因此您想添加足够的EMI滤波器顺利通过EMI测试。但您又不想增加空间，也不想在电路方面增加过多成本，这似乎很难兼顾两者。

　　TIdesign低辐射EMI升压转换器参考设计（PMP9778）提供了这样一个解决方案。它可以支持2.7-4.4V输入电压、5V/3A、9V/2A和12V/1.5A的输出功率，且只适合移动电源应用程序。通过布置和布局的优化，此TI设计能获得的裕量比在EN55022和CISPR22B级辐射测试中高出6分贝。让我们来看看设计过程。

　　确定关键电流通路

　　EMI从电流变化（di/dt）循环的高瞬时速率开始。因此，我们应在设计之初就区分高di/dt关键路径。为了实现这些目标，了解开关电源中的电流传导路径和信号流是重要的。

　　图1所示为升压转换器的拓扑结构和临界电流路径。当S2闭合，S1打开时，交流电流流经蓝色环路。当S1闭合，S2打开时，交流电流流经绿色环路。因此，电流流经输入电容器Cin，且电感器L是一个连续电流，而电流流经S2、S1，且输出电容器Cout是脉动电流（红色环路）。因此，我们定义红色环路为临界电流路径。此路径具有最高的EMI能量。我们在布置期间，应尽量减少由它包围的区域。

　　

　　（图1.升压转换器的临界电流路径）

　　最小化高di/dt路径的环路面积

　　图2所示为TPS61088的引脚配置。图3所示为TPS61088临界电流路径的布局示例。NC引脚表示设备内部没有连接。因此，他们可连接到PGND。从电气角度讲，将两个NC引脚连接到PGND接地平面有利于散热，并能降低返回路径的阻抗。从EMI角度讲，将两个NC引脚连接到PGND接地平面使得TPS61088的VOUT和PGND平面更接近彼此。这使得输出电容的布置变得更容易。从图3可以看出，将一个06031-UF（或04021-UF）高频陶瓷电容COUT_HF尽可能靠近VOUT引脚可导致高di/dt环路的面积最小。

　　

　　（图2.TPS61088引脚配置）

　　

　　（图3.TPS61088关键路径布局示例）

　　来自距接地平面10米距离的高di/di回路的最大电场强度可通过下面的公式计算：

　　

　　图4所示为使用和不使用COUT_HF的辐射EMI结果。在相同的测试条件下，辐射EMI通过COUT_HF改善了4dBuV/m。

　　（图4.带/不带COUT_HF的辐射EMI结果）

　　将一个接地平面置于关键路径下

　　高跟踪电感导致辐射EMI差。因为磁场强度与电感成正比。将固定接地平面置于临界跟踪的下一层上可以解决此问题。

　　表1给出了不同PCB板上的给定跟踪电感。我们可以看到，对于信号层和接地平面之间0.4mm绝缘厚度的四层PCB来讲，其跟踪电感比1.2毫米厚的2层PCB的跟踪电感小得多。因此将距离最短的固定接地平面置于关键路径是降低EMI的最有效的途径之一。

　　表1.跟踪电感（走线长度=5cm）

　　PCBh（mm）Wg（mm）L（nH）单层PCB----522层PCB1.2103.64层PCB0.4101.2

　　图5所示为2层PCB和4层PCB的辐射EMI结果。根据相同的布局和相同的试验条件，辐射EMI通过4层PCB可改善10dBuV/m。

　　

　　（图5.一个2层PCB和一个4层PCB的辐射EMI结果）

　　添加RC缓冲器

　　若辐射水平仍超过要求水平且布局不能再提高，则在TPS61088SW引脚添加一个RC缓冲器和电源接地有助于降低辐射EMI水平。RC缓冲器应放在尽可能接近开关节点和电源接地（图6）的位置。它可以有效地抑制SW电压环，这意味着在振铃频率条件下，辐射EMI得以改善。

　　

　　（图6.RC缓冲器的布置）

　　通过上述简单而有效的优化方式，良好的EMI性能在移动电源设计中成为可能。
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