1 升压型DCDC转换器（BOOST）辐射EMI分析

图1是典型的同步BOOST电路，由输入电容Cin，电感L，有源开关器件Q1, Q2以及输出电容Cout组成。同时形成4个回路，其中回路2， 3（红色）为开关电流断续回路，高di/dt, dv/dt。因此, SW节点震铃明显。图中回路1 （蓝色）为电流连续回路，电感电流连续，高频噪声主要来源于SW节点开关高频噪声的传导。回路4（蓝色）为电流连续回路。但是，由于Q2电流断续，Cout的容值大小以及位置决定了回路4中Vout节点高频噪声幅值。

图 1 BOOST 开关回路分析

以芯洲科技BOOST SCT12A0 EVM为例，图 2为SW节点典型的开关波形（输出仅放置Bulk电容）。SW开关节点振铃幅值高达10V, 震荡频率为200MHz左右。

图 2  SW 开关节点波形

图3是对应于图2的实际辐射EMI测试结果，采用3m方法，蓝色为垂直方向，红色为水平方向。测试结果显示噪声在频域上的峰值在200MHz附近，与时域测试结果图2吻合。因此抑制辐射EMI峰值意味着需要大幅度降低SW节点的振铃幅值，以及振铃周期数。

图 3  辐射EMI测量幅值（CE测试标准）

2  BOOST输出电容选择

如图1所示，BOOST的Cout选择有几个关键因素，1）输出纹波幅值， 2）系统稳定性需求，3）SW节点的振铃幅值, 4)输出电容耐压等级（陶瓷电容容值随耐压增加而衰减）。其中 1），3），以及4）与SW节点振铃幅值，辐射EMI息息相关。

图 4 SCT12A0 原理图

图1中输出回路3（包含Q2, Cout）是断续回路，必须连接一个100nF~1uF去耦电容，该去耦电容对于降低SW振铃幅值有着关键作用。以SCT12A0为例，图4为典型SCT12A0应用，C6为去耦输出电容，C7为输出大容量Bulk电容。

为了获得低的输出纹波，建议选择低ESR陶瓷电容， 通常3~4颗 22uF的X5R电容可以满足大多数应用。更大的容值有利于输出电压动态响应。鉴于陶瓷电容随着电压增加，容值减小的特性，建议选择电容耐压时考虑留有足够的裕量。例如输出电压12V，建议至少选择20V或者25V耐压电容以维持足够有效的电容值。

根据输出纹波幅值要求，可以利用公式 (1) 和（2）计算最小需求电容值 C_OUT。

· V_ripple__C 输出纹波幅值

· V_ripple__ESR 输出电容ESR导致纹波

· V_IN__MIN最低输入电压

· V_OUT 输出电压

· I_OUT 输出电流

· I_Lpeak 电感电流峰值.

· ƒ_SW 开关频率

· ESR 输出电容ESR值.

3 Boot版图注意事项

正确的PCB版图是降低辐射EMI的必要条件，以SCT12A0为例，下文详述几点版图注意事项。

图 5 SCT12A0 版图

1) 由于输出回路是开关回路，高di/dt, dv/dt。减小回路面积至关重要，输出回路去耦电容C6必须放置在离VOUT, GND管脚最近的位置，从而降低SW振铃幅值，如下图5红色箭头所示。利用NC 管脚作为输出功率地，从而更近一步降低输出回路面积，VOUT, NC管脚铺铜尽量宽；

2) 由于SW的高频振铃同样会耦合至输入端，输入bulk电容需要尽量放置离电感，GND近的位置以减小输入回路面积。输入端去耦电容同样需要离VIN端越近越好；

3) 下层大面积铺地，降低地回路阻抗。采用8mil的过孔连接上下大地，降低热阻；

4) 从系统稳定性考虑， AGND与PGND单端相连，通过散热焊盘底部相连，（散热焊盘同时也是功率地）。当VOUT添加上C6去耦电容，并严格按照版图注意事项布板，测试波形如下图6所示。SW振铃幅值降低到6V，同时震荡明显周期变少。

图 6 添加去耦电容C6, 测试波形

4 SW开关节点噪声吸收电路选择

 在SW开关节点添加对地的RC高频噪声吸收电路如图7所示，可以直接降低SW节点振铃幅值，该吸收电路通过降低dv/dt来降低SW节点振铃幅值，因此该电路会牺牲BOOST效率,在1%以内。

图 7 SCT12A0采用SW节点振铃吸收电路

以SCT12A0系统为例，SW高频噪声在200MHz附近，因此选择Rs=2Ohm, Cs=2nF。图7为SW节点加上该吸收电路，测试结果为图8所示。相比于图2所示，SW幅值大幅降低（蓝色=SW, 绿色=VIN AC）。

图 8 添加SW振铃吸收电路，测试波形

图9为添加SW节点RC吸收电路后辐射EMI测试结果。相较于图3，EMI峰值下降了20dB.该测试结果是基于SCT12A0 EVM测试，无系统级EMI过滤器。

5 磁珠的选择

在系统级应用中，如果需要进一步降低辐射EMI，贴片式磁珠是最简单的选择。关于磁珠的选择，有下列几个注意事项。

1) 磁珠的频率需要覆盖高频噪声频段，根据图3，该磁珠需要在100MHz~300MHz频段表现为高阻抗值。

2) 磁珠的饱和电流需要30%高于实际工作的峰值电流

3) 磁珠的等效阻抗越低越好，有利于减少磁珠带来的功耗。

图 9 辐射EMI测试结果（带RC吸收电路）

6 引用

1)   SCT12A0 产品规格书

2)   SCT12A0 EVM 使用手册