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浅谈开关电源EMI优化设计-传导篇

时间:2024-11-29 来源: SCT芯洲科技

本文深入探讨了开关电源中传导电磁干扰(EMI)问题的成因及其对系统性能的影响。通过合理的优化设计方法,如使用差模和共模滤波器、优化PCB布局等手段来有效减少干扰,帮助工程师们构建更高效、更可靠的电源解决方案。

电磁干扰(EMI)在各个应用领域中都干扰着系统的稳定性和信号的完好性,既然无法避免,那如何更多地从设计的角度解决问题是关键,下面我们来分析开关电源中常见的几种EMI问题。

一、传导发射测试模型

图1 传导EMI测试图解

如图所示在传导发射测试中干扰信号由LISN感应,由此我们可以根据LISN进行差模(DM)和共模(CM)干扰模型的建立。以BUCK电路为例。

图示

描述已自动生成
图2 Buck电路中的断续电流/电压

对于图2使用电流源替代开关管,使用电压源替代SW电压。其中IS波形与HIS 相同,VS波形与VSW相同。

图示, 示意图

描述已自动生成
图3 Buck电路等效差模电路

使用叠加原理进行化简,分别将电压源短路和电流源断路。

图示, 示意图

描述已自动生成

图4 叠加原理分解后差模等效电路

由图4可知差模干扰能被LISN感知的主要集中在IS通路中同时在高频交流干扰,0.1uF可以等效为短路,则BUCK电路差模模型可简化为下图。

图片包含 游戏机, 钟表

描述已自动生成
图5 简化后BUCK差模干扰等效电路

由此可知差模干扰主要由IS引起。IS 与开关管电流波形相同。差模干扰主要由输入回路中电流变化(di/dt)所产生。

同理进行共模模型的简化,共模干扰主要由寄生电容和机壳、铜皮组成的回路进行传递。所以引入SW到大地的寄生电容CP,输出到大地寄生电容CPO。同时共模干扰为输入线径中相同分量,所以将Cf和CIN等效为短路,最终如下图所示。

图示, 示意图

描述已自动生成
图6 Buck电路等效共模电路

同样进行叠加原理

图示, 示意图

描述已自动生成
图7 叠加原理分解后共模等效电路

继续简化可得下图

图示, 示意图

描述已自动生成
图8 简化后BUCK共模等效电路

由此可知共模干扰主要由VS引起,VS 与SW波形相同,则共模干扰主要由SW处电压变化(dv/dt)所产生。


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