如何让的移动电源通过EMI测试

A-Lin

如何让的移动电源通过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。  TI design（）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CISPR22 B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。
4 g! a9 q; F* [! w& a* ?  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
8 Z1 {! }# d% d, F9 s) t% p  图2所示为的引脚配置。图3所示为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0603 1-UF（或0402 1-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。

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图2. 引脚配置

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图3. 关键路径布局示例

- @" L7 R1 L* b  F, |6 U8 }  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

6 m7 y5 B( O9 z3 o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。
* x) n6 [% v' W5 h8 t  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0.4 mm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）

PCB , Y# C3 K8 A. H0 _- M! S% @2 |2 Z	h (mm)   i5 l0 Q- ]4 Z1 v1 W" v	Wg(mm) 7 F) `: u1 }3 o+ T6 t- X' [! D	L(nH) + V" Z8 i! }2 J4 W" ^
单层PCB 0 s( [* O' ]! D5 v7 M4 g	-- % D/ T, H* g4 j+ t	-- & R# d. z2 V# x4 _	52 & g; G& e9 H+ P$ K' U/ a4 @' r$ G
2层PCB % l  B9 m2 e& Z! j	1.2	10	3.6
4层PCB	0.4	10	1.2

0 b! l( c; K2 G/ {  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。
3 b& A7 e! k8 }9 w

+ B/ d1 c  D3 A! c8 C7 {+ b$ Y. K

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 SW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
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helendcany

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