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电子发烧友网>EMC/EMI设计必威体育betway登录手机>电源产生EMI的根源及缓解策略 减少EMI并保持效率

空间、紧张的设计周期以及严格的电磁干扰(EMI)规范(例如 CISPR 32 和 CISPR 25)这些限制因素,都导致获得具有高效率和良好热性能的难度很大。在整个设计周期中,电源设计通常基本处于设计过程的最后阶段,设计人员需要努力将复杂的电源挤进更紧凑的空间,这使问题变得更加复杂,非常令人沮丧。为了按时完成设计,只能在性能方面做些让步,把问题丢给和验证环节去处理。简单、高性能和解决方案尺寸三个考虑因素通常相互冲突:只能优先考虑一两个,而放弃第三个,尤其当设计期限临近时。牺牲一些性能变得司空见惯;其实不应该是这样的。

必威体育betway登录手机 本文首先概述了在复杂的系统中电源带来的严重问题:即 EMI,通常简称为噪声。电源会产生 EMI,必须加以解决,那么问题的根源是什么?通常有何缓解措施?本文介绍减少 EMI 的策略,提出了一种解决方案,能够减少 EMI、保持效率,并将电源放入有限的解决方案空间中。

什么是 EMI? 电磁干扰是会干扰系统性能的电磁信号。这种干扰通过电磁感应、静电耦合或传导来影响。它对汽车、医疗以及测试与设备制造商来说,是一项关键设计挑战。上面提到的许多限制和不断提高的电源性能要求(功率密度增加、频率更高以及电流必威体育betway登录手机更大)只会扩大 EMI 的影响,因此亟需解决方案来减 少 EMI。许多行业都要求必须满足 EMI 标准,如果在设计初期不加以考虑,则会严重影响产品的上市时间。

EMI 耦合类型 EMI 是电子系统中的干扰源与接收器(即电子系统中的一些元件)耦合时所产生的问题。EMI 按其耦合介质可归类为:传导或辐射。

必威体育betway登录手机 传导 EMI(低频,450 kHz 至 30 MHz) 传导 EMI 通过寄生以及电源和接地连接以传导方式耦合到元件。噪声通过传导传输到另一个器件或电路。传导 EMI 可以进一步分为共模噪声和差模噪声。

必威体育betway登录手机 共模噪声通过寄生电容和高 dV/dt (C × dV/dt)进行传导。它通过寄生电容沿着任意信号(正或负)到 GND 的路径传输,如图 1 所示。

差模噪声通过寄生电感(磁耦合)和高 di/dt (L × di/dt)进行传导。



图 1. 差模和共模噪声。

辐射 EMI(高频,30 MHz 至 1 GHz) 辐射 EMI 是通过磁场能量以无线方式传输到待测器件的噪声。在开关电源中,该噪声是高 di/dt 与寄生电感耦合的结果。辐射噪声会影响邻近的器件。

必威体育betway登录手机 EMI 控制技术 解决电源中 EMI 相关问题的典型方法是什么?首先,确定 EMI 就是一个问题。这看似很显而易见,但是确定其具体情况可能非常耗时,因为它需要使用 EMI 测试室(并非随处都有),以便对电源产生的电磁能量进行量化,并确定该电磁能量是否符合系统的 EMI 标准要求。

必威体育betway登录手机 假设经过测试,电源会带来 EMI 问题,那么设计人员将面临通过多种传统的校正策略来减少 EMI 的过程,其中包括: 布局优化:精心的电源布局与选择合适的电源组件同样重要。成功的布局很大程度上取决于电源设计人员的经验水平。布局优化本质上是个迭代过程,经验丰富的电源设计人员有助于最大限度地减少迭代次数,从而避免耽误时间和产生额外的设计成本。问题是:内部人员往往不具备这些经验。

X 缓冲器:一些设计人员会提前规划并为简单的缓冲器电路(从开关节点到 GND 的简单 RC )提供占位面积。这样可以抑制开关节点的振铃现象(一项产生 EMI 的因素),但是这种技术会导致损耗增加,从而对效率产生负面影响。

X 降低边沿速率:减少开关节点的振铃也可以通过降低栅极导通的压摆率来实现。不幸的是,与缓冲器类似,这会对整个系统的效率产生负面影响。

展频(SSFM):许多 ADI 的 Power by linear开关稳压器都提供该特性,它有助于产品设计通过严格的 EMI 测试标准。采用 SSFM 技术,在已知范围内(例如,编程频率 fSW 上下±10%的变化范围)对驱动开关频率的进行调制。这有助于将峰值噪声能量分配到更宽的频率范围内。

X 滤波器和屏蔽:滤波器和屏蔽总是会占用大量的成本和空间。它们也使生产复杂化。

必威体育betway登录手机 以上所有制约措施都可以减少噪声,但是它们也都存在缺 陷。最大限度地减少电源设计中的噪声通常能够彻底解决问 题,但却很难实现。I 公司的 Silent Switcher®和 Silent Switcher 2 稳压器在稳压器端实现了低噪声,从而无需额外的滤波、屏蔽或大量布局迭代。由于不必采用昂贵的反制措施,加快了产品上市时间并节省大量的成本。

最大限度地减小电流回路 为了减少 EMI,必须确定电源电路中的热回路(高 di/dt 回路)并减少其影响。热回路如图 2 所示。在标准降压转换器的一个周期内,当 M1 关闭而 M2 打开时,交流电流沿着蓝色回路流动。在 M1 打开而 M2 关闭的关闭周期中,电流沿着绿色回路流动。产生最高 EMI 的回路并非完全直观可见,它既不是蓝色回路也不是绿 色回路,而是传导全开关交流电流(从零切换到 IPEAK ,然后再切换回零)的紫色回路。该回路称为热回路,因为它的交流和 EMI 能量最大。

导致电磁噪声和开关振铃的是开关稳压器热回路中的高 di/dt 和寄生电感。要减少 EMI 并改进功能,需要尽量减少紫色回路的辐射效应。热回路的电磁辐射骚扰随其面积的增加而增加,因此,如果可能的话,将热回路的 PC 面积减小到零,并使用零阻抗理想电容可以解决该问题。



图 2. 降压转换器的热回路

使用 Silent Switcher 稳压器实现低噪声 磁场抵消 虽然不可能完全消除热回路区域,但是我们可以将热回路分成极性相反的两个回路。这可以有效地形成局部磁场,这些磁场在距 IC 任意位置都可以有效地相互抵消。这就是 Silent Switcher 稳压器背后的概念。




必威体育betway登录手机 图 3. Silent Switcher 稳压器中的磁场抵消。

倒装芯片取代键合线 改善 EMI 的另一种方法是缩短热回路中的导线。这可以通过放弃将芯片连接至封装引脚的传统键合线方法来实现。在封装中倒装硅芯片,并添加铜柱。通过缩短内部 FET 到封装引脚和输入电容的距离,可以进一步缩小热回路的范围。



图 4. LT8610 键合线的拆解示意图。



必威体育betway登录手机 图 5. 带有铜柱的倒装芯片。

Silent Switcher 与 Silent Switcher 2





图 6. 典型的 Silent Switcher 应用原理图及其在 上的外观。

图 6 显示了使用 Silent Switcher 稳压器的一个典型应用,可通过两个输入电压引脚上的对称输入电容来识别。布局在该方案中非常重要,因为 Silent Switcher 技术要求尽可能将这些输入电容对称布置,以便发挥场相互抵消的优势。否则,将丧失 SilentSwitcher 技术的优势。当然,问题是如何确保在设计及整个生产过程中的正确布局。答案就是 Silent Switcher 2 稳压器。

必威体育betway登录手机 Silent Switcher 2 Silent Switcher 2 稳压器能够进一步减少 EMI。通过将电容 VIN 电容、 INTVCC 和升压电容)集成到 LQFN 封装中,消除了 EMI 性能对 PCB 布局的敏感性,从而可以放置到尽可能靠近引脚的位置。所有热回路和接地层都在内部,从而将 EMI 降至最低,并使解决方案的总占板面积更小。




图 7. Silent Switcher 应用与 Silent Switcher 2 应用框图。




图 8. 去封的 LT8640S Silent Switcher 2 稳压器。

必威体育betway登录手机 Silent Switcher 2 技术还可以改善热性能。LQFN 倒装芯片封装上的多个大尺寸接地裸露焊盘有助于封装通过 PCB 散热。消除高电阻键合线还可以提高转换效率。在进行 EMI 性能测试时, LT8640S 能满足 CISPR 25 Class 5 峰值限制要求,并且具有较大的裕量。

µModule Silent Switcher 稳压器 借助开发 Silent Switcher 产品组合所获得的知识和经验,并配合 使用现有的广泛 µModule®产品组合,使我们提供的电源产品易于设计,同时满足电源的某些重要指标要求,包括热性能、可靠性、精度、效率和良好的 EMI 性能。

图 9 所示的 LTM8053 集成了可实现磁场抵消的两个输入电容以及 电源所需的其他一些无源组件。所有这些都通过一个 6.25 mm ×9 mm × 3.32 mm 封装实现,让客户可以专心完成电路板的其他部分设计。




图 9. LTM8053 Silent Switcher 裸露芯片及 EMI 结果。

无需 LDO 稳压器——电源案例研究 典型的高速 ADC 需要许多电压轨,其中一些电压轨噪声必须非常低才能实现 ADC 数据表中的最高性能。为了在高效率、小尺寸板空间和低噪声之间达成平衡,普遍接受的解决方案是将开关电源与 LDO 后置稳压器结合使用,如图 10 所示。开关稳压器能够以更高效率实现更高的降压比,但噪声相对也较大。低噪声 LDO 后置稳压器效率相对较低,但它可以抑制开关稳压器产生的大部分传导噪声。尽可能减小 LDO 后置稳压器的降压比有助于提高效率。这种组合能产生干净的电源,从而使 ADC 以最高性能运行。但问题在于多个稳压器会使布局更复杂,并且 LDO 后置稳压器在较高负载下可能会产生散热问题。





必威体育betway登录手机 图 10. 为 AD9625 ADC 供电的典型电源设计。

图 10 所示的设计显然需要进行一些权衡取舍。在这种情况下,低噪声是优先考虑事项,因此效率和电路板空间必须做些让步。但也许不必如此。最新一代的 Silent Switcher µModule 器件将低噪声开关稳压器设计与µModule 封装相结合,能够同时实现易设计、高效率、小尺寸和低噪声的目标。这些稳压器不仅尽可 能减少了电路板占用空间,而且实现了可扩展性,可使用一个µModule 稳压器为多个电压轨供电,进一步节省了空间和时间。图 11 显示了使用 LTM8065 Silent Switcher µModule 稳压器为 ADC 供电的电源树替代方案。




图 11. 使用 Silent Switcher µModule 稳压器为 AD9625 供电,可节省空间的解决方案。

必威体育betway登录手机 这些设计都已经过相互测试比较。ADI 公司最近发表的一篇文章对使用图 10 和图 11 所示电源设计的 ADC 性能进行了测试和比较。测试包括以下三种配置: 使用开关稳压器和 LDO 稳压器为 ADC 供电的标准配置。 使用 LTM8065 直接为 ADC 供电,不进行进一步的滤波。 使用 LTM8065 和额外的输出 LC 滤波器,进一步净化输出。

测得的 SFDR 和 SNS 结果表明,LTM8065 可用于直接为 ADC 供电,并不会影响 ADC 的性能。

这个实施方案的核心优势是大大减少了元件数量,从而提高了效率,简化了生产并减少了电路板占位空间。

小结 总之,随着更多系统级设计需要满足更加严格的规范,尽可能充分利用模块化电源设计变得至关重要,尤其在电源设计专业经验有限的情况下。由于许多细分市场要求系统设计必须符合最新的 EMI 规范要求,因此将 Silent Switcher 技术运用于小尺寸设计,同时借助µModule 稳压器简单易用的特性,可以大大缩短产品上市时间,同时还可以节省电路板空间。

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经由电源线传送时,所产生的「传导式噪声」对 PCB 的影响,以及如何测量「传导式 EMI」和 FCC、CISPR 的 EMI 限制规定。
2018-09-10 10:12:5211

工业及汽车系统:如何有效的降低开关电源EMI干扰?

工业及汽车系统的低EMI电源变换器设计(三)降低开关电源EMI干扰的方法
2018-08-01 18:31:282299

EMI电源解决方案

交通运输和工业应用对噪声敏感并且需要低EMI电源解决方案。传统方法通过减慢开关边沿或降低开关频率来控制EMI。这两种方法都会产生不良的影响,例如效率下降,最短接通和关断时间增加,以及需要采用大尺寸的解决方案
2018-08-18 09:26:543816

减少EMI和收缩解决方案的方法介绍

采用热棒包装减少EMI和收缩解决方案尺寸
2018-08-01 18:27:551948

减少噪声和干扰,电源产品开发关键在EMI!

目前ADI的 Silent Switcher2 产品,效率可达93%,满足 CISPR25 Class 5 EMI 的指标,例如该系列产品中的 LT8609,即使仅仅使用简单的2层板,也同样能够实现很低的EMI表现。
2018-08-10 09:49:517148

世界级EMI大咖如何看待EMI设计

现代电力电子系统通常在开关模式下工作,产生了较大的电磁干扰(EMI)。 EMI问题一直是电力电子工程师头疼的问题,解决EMI问题是一项既困难又耗时的工作。 在本次研讨会上,将介绍电力电子系统中EMI问题是如何产生,传播,如何抑制解决,浅显的介绍EMI建模,测量和抑制的基本原理和技术。
2018-08-07 09:44:306587

开关电源产生EMI的原因是什么?变压器内部设置屏蔽绕组抑制共模传导EMI的研究

开关电源中,EMI 产生的根本原因在于存在着电流、电压的高频急剧变化,其通过导线的传导,以及电感、电容的耦合形成传导EMI。同而电流、电压的变化必定伴有磁场、电场的变化,因此,导致了辐射EMI。本文
2017-12-01 19:58:014337

PCB板产生EMI的原理是什么?怎样去抑制控制EMI

在进行EMI设计时,首先要考虑选用器件的速率。任何电路,如果把上升时间为5ns的器件换成上升时间为2.5ns的器件,EMI会提高约4倍。EMI的辐射强度与频率的平方成正比,最高EMI频率(fknee
2017-12-01 20:04:2366154

新型低噪声 μModule DC/DC 转换器缓解 EMI 设计问题

EMI 会是一种难以对付的问题。凌力尔特 (Linear Technology) 的新型低噪声 μModule DC/DC 转换器系列产品线不仅易于使用,而且其噪声之低足以从一开始就缓解您设计中的 EMI 问题。
2018-06-28 09:14:003589

电源设计如何减少MOS管的损耗同时提升EMI性能

  MOSFET作为主要的开关功率器件之一,被大量应用于模块电源。了解MOSFET的损耗组成对其分析,有利于优化MOSFET损耗,提高模块电源的功率;但是一味的减少MOSFET的损耗及其
2017-12-24 08:39:5415023

pcb中emi产生的原因及影响

在PCB中,会产生EMI的原因很多,例如:射频电流、共模准位、接地回路、阻抗不匹配、磁通量……等。为了掌握EMI,我们需要逐步理解这些原因和它们的影响。虽然,我们可以直接从电磁理论中,学到造成EMI现象的数学根据,但是,这是一条很辛苦、很漫长的道路。对一般工程师而言,简单而清楚的描述更是重要。
2017-12-05 18:04:002588

共模电感原理_emi简述

共模电感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。在板卡设计中,共模电感也是起EMI滤波的作用,用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射
2017-10-30 09:47:135723

通信开关电源的EMI/EMC设计

通信开关电源EMI/EMC设计
2017-04-20 21:09:2023

4 个基本技巧帮助您避免传导 EMI 问题

以下这 4 个基本技巧可帮助您减少涉及 EMI 合规性时为您带来的烦恼。当然,EMI 主题非常广泛,会涉及很多其它技巧。回顾第 1 部分()的讨论内容,在该部分我们重点讨论了当电源中的组件寄生电容直接耦合至电源输入电线时会发生的情况。现在,我们来看看共模 EMI 问题的最常见来源:电源变压器。
2017-04-18 14:23:32763

LCD面板EMI减少集成电路

ASM3P2182A是一个多才多艺的扩频频率调制器专门为范围广泛的输入时钟频率从25兆赫到210兆赫。 ASM3P2182A可以产生EMI减少时钟从OSC或生成一个系统时钟。 ASM3P2182A
2017-04-06 10:26:286

几种开关电源EMI的抑制方案分析对比

关于开关电源EMI的研究,有些从EMI产生的机理出发,有些从EMI产生的影响出发,都提出了许多实用有价值的方案。这里分析与比较了几种有效的方案,并为开关电源EMI 的抑制措施提出新的参考建议
2016-12-19 10:07:111405

经验分享:如何设计开关电源EMI

本文将详细介绍开源电源设计中的五个经验,分别是:开关电源EMI源、开关电?源EMI传输通道分类、开关电源E?MI抑制的9大措施、高频变压器?漏感的控制、高频变压器的屏蔽。 1
2016-11-24 01:41:251809

开源电源EMI设计的五个经验

本文将详细介绍开源电源设计中的五个经验,分别是:开关电源EMI源、开关电​源EMI传输通道分类、开关电源E​MI抑制的9大措施、高频变压器​漏感的控制、高频变压器的屏蔽。
2016-11-23 14:05:311630

开关电源的EMI_处理经验

开关电源的相关知识学习教材资料——开关电源EMI_处理经验
2016-09-18 22:46:1328

开关电源EMI设计经验

开关电源EMI设计经验,感兴趣的小伙伴们可以瞧一瞧。
2016-09-17 23:10:388

设计开关电源时防止EMI的22个设计技巧

开关电源学习教程资料——设计开关电源时防止EMI的22个设计技巧
2016-08-31 13:38:2821

开关电源中的EMI常见问题汇总

开关电源中的EMI常见问题汇总,开关电源中的EMI常见问题汇总
2016-08-19 09:35:4140

浅析开关电源EMI控制技术

文中详细地分析了开关电源EMI产生机理,提出了一系列的EMI抑制策略,从而有效地提高开关电源的电磁兼容性。
2016-01-04 09:51:541444

EMI那些事——开关电源的EMI整改方式

开关电源EMI整改中,不同频段有不一样的干扰原因及抑制办法。
2014-07-23 10:26:543120

资深工程师电源设计策略:如何避免传导EMI问题

大部分传导 EMI 问题都是由共模噪声引起的。而且,大部分共模噪声问题都是由电源中的寄生电容导致的。
2014-06-19 13:48:132195

开关电源变压器屏蔽层抑制共模EMI的研究

 开关电源中,EMI产生的根本原因在于存在着电流、电压的高频急剧变化,其通过导线的传导,以及电感、电容的耦合形成传导EMI.同而电流、电压的变化必定伴有磁场、电场的变化,因此,导致了辐射EMI.本文
2013-08-21 09:53:125971

几种有效开关电源EMI的抑制方案

  关于开关电源EMI(Electro-Magnetic Interference)的研究,有些从EMI产生的机理出发,有些从EMI 产生的影响出发,都提出了许多实用有价值的方案。这里分析与比较了几种有效的方案,
2012-04-06 11:30:581691

EMI的产生分析

我们来分析一下EMI产生,忽略自然干扰的影响,在电子电路系统中我们主要考虑是电压瞬变和信号的回流这两方面。 1 电压瞬变 对于电磁干扰的分析,可以从电磁能量外泄方面来考虑
2012-03-31 10:54:162356

关于开关电源的EMI小谈

在开关电源中,EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显著的作用。EMI干扰通常难以精确描述,滤波器的工业设计通常是通过反复迭代。
2011-12-16 16:54:44395

开关电源完整的EMI和热设计

针对开关电源完整的EMI和热设计
2011-10-13 16:19:37134

金属基板模块电源EMI优化

金属基板模块电源EMI优化从铝基板电源模块,PCB布局布线出发分析了铝基板模块的EMI模型以及造成EMI差的原因。
2011-09-21 17:34:0137

TOPSwitch电源EMI及安规方面的设计

离线式开关电源中存在的高电压高电流开关波形会产生 电磁干扰(EMI)。这些电磁干扰以传导和辐射的形式存 在。因此,所有离线式电源的设计都必须考虑衰减或抑 制EMI干扰,以满足可
2011-04-06 17:33:2149

EMI产生分析及无Y电容充电器设计

本文首先介绍了关于EMI 常规知识以及在开关电源中使用的 各种缓冲吸引电路。然后介绍了在EMI 中和传导相关的共模及差模 电流产生的原理,静点动点的概念,详细的说明了在变压器的结 构中使用补偿设计的方法。最后介绍了EMI 的发射产生的机理和频 率抖动及
2011-03-08 16:53:35225

EMI常识及Y电容设计

EMI常识及Y电容设计 摘要:本文首先介绍了关于EMI 常规知识以及在开关电源中使用的各种缓冲吸引电路。然后介绍了在EMI 中和传导相关的共模及差模电流产生的原理,静点动点的概念,详细的说明了在变压器的结构中使用补偿设计的方法。最后介绍了EMI 的发射产
2011-01-25 16:07:57118

开关电源的EMI设计经验分享

开关电源EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。 1.开关电源EMI
2010-07-02 11:50:391348

开关电源传导EMI的模型分析与应用

从分布电容的角度出发,分析变压器及散热片产生EMI的方式及其特征,建立了开关电源共模付导发射的分析模型,据此提出了降低反激式开关电源EMI共模发射源水平的解决方案.
2010-06-23 11:01:3425

DC/DC模块电源如何满足EMI设计

DC/DC模块电源如何满足EMI设计  金升阳迎合市场需求在国内率先推出超小体积DC/DC模块电源URA_LD-20W系列,该系列电源满足EMI EN55022 CLASS B要求,顺利通过了赛宝专业测
2010-04-27 16:20:291418

开关电源EMI技术方案

开关电源EMI技术方案 1.开关电源EMI源   开关电源EMI干扰源集中体现在功率开
2010-04-19 17:58:21455

EMI滤波电路全集

EMI滤波电路全集 .EMI滤波电路:EMI滤波器主要作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰,同时也起到减少开关电源本身对外界的电磁干扰。实际上它是利电
2010-03-09 14:27:582956

EMI滤波电路

EMI滤波电路 EMI滤波器主要作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰,同时也起到减少开关电源本身对外界的电磁干扰。实际上它是利电感和电容的
2010-02-21 15:07:088275

电源EMI及安规方面的设计技巧

电源EMI及安规方面的设计技巧:离线式开关电源中存在的高电压高电流开关波形会产生电磁干扰(EMI)。这些电磁干扰以传导和辐射的形式存在。因此,所有离线式电源的设计都必须
2009-10-10 11:49:0434

EMI常规知识以及在开关电源中使用

EMI常规知识以及在开关电源中使用:1 EMI 常识在开关电源中,功率器件高频开通关断的操作导致电流和电压的快速的变化是产生EMI的主要原因。在电路中的电感及寄生电感中快速的
2009-09-29 15:52:3163

开关电源EMI差模信号等效电路

开关电源EMI差模信号等效电路 图 开关电源EMI
2009-07-17 11:28:231638

EMI是怎么来的,以及如何产生的?

EMI是怎么来的,以及如何产生的?    数字集成电路从逻辑高到逻辑低之间转换或者从逻辑低到逻辑高之间转换过程中,输出端产生
2009-03-25 09:03:213254

减少峰值EMI解决方案

减少峰值EMI解决方案 W181系列是Cypress公司2000年推出的新器件(W181-01/02/03),该系列结合了PLL扩展频谱频率合成的最新技术,通过一个低频载波对输出进行频率调制,峰值EMI
2009-02-08 11:15:42496

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