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消费类电子与射频敏感性应用中开关电源的EMI优化

【导读】现代电子设备的普及为人们带来极大便利的同时,也加剧了电磁环境的恶化。电磁干扰(EMI)是指由电磁波与电子器件之间相互作用而产生的干扰现象。

电子设备在工作时会产生电磁波,电磁波相互干扰会对敏感电路产生不好的影响,在严重的情况下会导致电路无法正常工作。这就是降低EMI能够提高系统稳定性的重要原因。 本文讨论了EMI如何影响消费类电子和敏感设备性能,例如家用电器,警报系统和车库门开启器。

如何优化EMI

在开关电源的设计中,电路设计和电路板布局是解决EMI问题的两个关键点。 在电路设计中,开关频率以及开关节点上的振铃(图1)会产生电磁干扰(EMI)。

消费类电子与射频敏感性应用中开关电源的EMI优化

图一:典型开关电源应用电路

两种方式可有效优化EMI:开关频率控制法和防振铃控制法

开关频率控制法

通过延长开关节点的开关上升时间和下降时间来降低dV / dt变化速率,从而减少了EMI(见图2,图3,图4和图5)。

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防振铃控制法

开关节点上的振铃会导致EMI问题的出现。 器件的振铃越多,EMI性能就越差(图6)。 在SW和GND之间增加一个1k Ω电阻(R)和另一个开关(S1)可减轻振铃。 在轻载的情况下,当HS和LS开关均关断时,S1导通,使L1的部分电流通过R和S1释放到GND(图7)。

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图六:SW 处较多振铃(无防振铃控制)

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图七:SW 处较少振铃(有防振铃控制)(测试条件:VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 10mA)

图8和图9展示了通过开关速度控制和防振铃控制而实现的EMI降低。

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可改善EMI的PCB布局

开关电源的反馈信号是对电磁干扰非常敏感的模拟信号,并且容易受到其自身的开关信号的干扰。良好的布局可以减少这种EMI干扰,而不良的布局可能会产生较大的纹波,甚至会导致电源无法正常工作。

以下是通过元件放置和PCB布局实现更好的EMI性能的一些技巧:

● 将输入滤波电容靠近IC放置(图10)。

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图十:输入电容靠近IC放置,电磁场更小

● 使用屏蔽电感

● 使用小的SW pad布局(图11)

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● IC GND与系统GND使用单点连接

● 保持输入地和GND之间的连接尽可能短和宽

● 通过多个过孔或宽走线将VCC电容的接地连接到IC的接地

● 输入电容与IN引脚之间的连线尽可能宽且短

● 确保所有的反馈都直接连接且连线短

● 反馈电阻和补偿器件都尽可能的靠近芯片

● 将SW信号远离敏感的模拟信号,例如FB信号

针对消费电子及射频敏感类应用的优化

在这个电子设备遍布的世界中,从家用电器到消费电子产品和对射频敏感的设备(例如车库门开启器和警报系统),EMI现象都可能导致系统出现不必要的交互和操作问题。 MP2317系列通过优化EMI性能来解决此问题,同时MP2317系列拥有简单的封装且支持使用单层PCB板进行设计使制造更加简单和经济。

MP2317系列可以用作次级侧DC / DC变换器(图12)。

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图十二:在空调中的应用

MP2317系列的主要特点:

● 7.5V 到26V大范围输入电压

● 150uA小静态电流

● 出色的负载线路调整率以及瞬态响应(图15)

● 效率最高可达96%,在12V转5V/20mA时,效率可达80%(图13)

● 全面的保护(过温保护OTP,低压保护UVLO,过流保护OCP)以提高可靠性和使用寿命

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图十三:MP2317效率图

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图十四:MP2317(U1)单层板布局图(测试条件: VIN = 12V, VOUT = 5V)

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图十五:MP2317 快速负载瞬态响应(测试条件: VIN = 12V, VOUT = 5V, L = 10μH)

结论:

除了对电路的可靠性有着至关重要的EMI优化问题之外,电路的制造简便性也很重要。MPS的1A / 2A / 2.5A 26V高效开关稳压器--MP2317,MP2344和 MP2345系列,采用了小型6引脚SOT23封装和大引脚间距(0.95mm),这种封装方式能够使用单层PCB进行布局, 以此简化制造工艺以节省制造成本。 这个系列三个不同电流值的开关稳压器使用同一种封装且互相Pin-to-Pin兼容,系统工程师无需更改PCB即可灵活切换到不同电流值的开关稳压器上,从而节省设计时间和成本。

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