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如何通过提升开关电源的EMI特性来改善整个电路的EMI性能
来源:东莞市成良智能科技 发布时间:2019-11-27 点击量:908
为提高开关电源的功率密度,电源工程师首先想到的办法是选择开关频率更高的MOSFET,通过提高开关速度可以显著地减小输出滤波器体积,从而在单位体积内可实现更高的功率等级。但是随着开关频率的提高,会带来EMI特性的恶化,必须采取有效的措施改善电路的EMI特性
开关电源的功率MOSFET安装在印制电路板上,由于印制电路板上MOSFET走线和环路存在杂散电容和寄生电感,开关频率越高,这些杂散电容和寄生电感更加不能够忽略。由于MOSFET上的电压和电流在开关时会快速变化,快速变化的电压和电流与这些杂散电容和寄生电感相互作用,会导致电压和电流出现尖峰,使输出噪声明显增加,影响系统EMI特性。
1 降低开关电源之MOSFET的dv/dt,可以采取以下有效措施:
较高的Cds可以降低dv/dt并降低Vds过冲;但是较高的Cds会影响转换器的效率。可以使用具有较低击穿电压和低导通电阻的MOSFET(这类MOSFET的Cds也较小)。但是如果考虑噪声辐射,则需要使用较大的谐振电容(Cds)。因此提高Cds则需要权衡EMI和效率两者的关系;
较高的Cgd实质上增加了MOSFET在米勒平台的持续时间,可以降低dv/dt。但这会导致增加开关损耗,从而降低开关电源之MOSFET效率并且会提高其温升。提高Cgd,需要驱动电流也会大幅增加,驱动器可能会因瞬间电流过大而烧毁;建议不要轻易添加Cgd;在栅极处添加外部Cgs电容,但很少使用此方法,因为增加栅极电阻Rg相对更简单。效果是相同的。
2 降低开关电源之电路中di/dt,可通过下面措施进行改进:
增加高频电容减小环路面积
我们可以采取措施减小高频电位跳变点的PCB环路面积。增加高频高压直流电容C_IP是减少开关电源之PCB环路面积和分离高频和低频两个部分回路有效措施。
合理增加磁珠抑制高频电流
为了额外降低di/dt,可以在电路中增加已知的电感,以抑制高频段的电流尖峰和振荡。已知的电感与杂散电感串联,所以总电感值在设计者已知的电感范围内。铁氧体磁珠就是很好的高频电流抑制器,它在预期频率范围内变为电阻,并以热的形式消散噪声能量。
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