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如何解决电路板中共模噪声引起的EMI问题

2019年12月03日 16:29 ? 次阅读

目前,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。以下将着重讨论当寄生电容直接耦合到电源输入电线时会发生的情况。

1. 只需几fF的杂散电容就会导致 EMI 扫描失败。从本质上讲,开关电源具有提供高 dV/dt 的节点。寄生电容与高 dV/dt 的混合会产生 EMI 问题。在寄生电容的另一端连接至电源输入端时,会有少量电流直接泵送至电源线。

2. 查看电源中的寄生电容。我们都记得物理课上讲过,两个导体之间的电容与导体表面积成正比,与二者之间的距离成反比。查看电路中的每个节点,并特别注意具有高 dV/dt 的节点。想想电路布局中该节点的表面积是多少,节点距离电路板输入线路有多远。开关 MOSFET 的漏极和缓冲电路是常见的罪魁祸首。

3. 减小表面面积有技巧。试着尽量使用表面贴装封装。采用直立式 TO-220 封装的 FET 具有极大的漏极选项卡 (drain tab) 表面面积,可惜的是它通常碰巧是具有最高 dV/dt 的节点。尝试使用表面贴装 DPAK 或 D2PAK FET 取代。在 DPAK 选项卡下面的低层 PCB 上安放一个初级接地面板,就可良好遮蔽 FET 的底部,从而可显著减少寄生电容。

有时候表面面积需要用于散热。如果您必须使用带散热片的 TO-220 类 FET,尝试将散热片连接至初级接地(而不是大地接地)。这样不仅有助于遮蔽 FET,而且还有助于减少杂散电容。

4. 让开关节点与输入连接之间拉开距离。见图 1 中的设计实例,其中我忽视了这个简单原则。

如何解决电路板中共模噪声引起的EMI问题

图1:让输入布线与具有高 dV/dt 的节点靠得太近会增加传导 EMI。

我通过简单调整电路板(无电路变化),将噪声降低了大约 6dB。见图 2 和图 3 的测量结果。在有些情况下,接近高 dV/dt 进行输入线路布线甚至还可击坏共模线圈 (CMC)。

如何解决电路板中共模噪声引起的EMI问题

图2:从电路板布局进行 EMI 扫描,其中 AC 输入与开关电路距离较近

如何解决电路板中共模噪声引起的EMI问题

图3:从电路板布局进行 EMI 扫描,其中 AC 输入与开关电路之间距离较大

您是否有过在显著加强输入滤波器后 EMI 改善效果很小甚至没有改善的这种遭遇?这很有可能是因为有一些来自某个高 dV/dt 节点的杂散电容直接耦合到输入线路,有效绕过了您的 CMC。为了检测这种情况,可临时短路 PCB 上 CMC 的绕组,并将一个二级 CMC 与电路板的输入电线串联。如果有明显改善,您需要重新布局电路板,并格外注意输入连接的布局与布线。
责任编辑;zl

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