博客

<strong>简介</strong>

本系列文章的第 1 部分至第 4 部分详细介绍了开关电源稳压器引起的传导发射和辐射发射，包括噪声产生机制、测量要求、频率范围、适用的测试限值、传播模式和寄生效应。在第5部分中，我将基于这一理论基础介绍抑制电磁干扰 (EMI) 的实用电路技术。

<strong>简介</strong>

这篇系列文章的第 4 部分针对电源转换器（特别是工业和汽车领域使用的电源转换器）在开关时产生的辐射排放阐述了一些观点。

辐射电磁干扰 (EMI) 是一种在特定环境中动态出现的问题，与电源转换器内部的寄生效应、电路布局和元器件排布及其在运行时所处的整体系统相关。因此，从设计工程师的角度出发，辐射 EMI 的问题通常更具挑战性，复杂度更高，在系统主板使用多个 DC/DC 功率级时尤为如此。了解辐射 EMI 的基本机制以及测量要求、频率范围和相应限制条件至关重要。本文重点介绍这些方面的内容，展示辐射 EMI 测量装置以及两个 DC/DC 降压转换器的结果。

<strong>近场耦合</strong>

DC/DC转换器中半导体器件的高频开关特性是主要的传导和辐射发射源。本文章系列的<a href="http://mouser.eetrend.com/blog/2019/100045067.html">第2部分</a>回顾了DC/DC 转换器的差模（DM）和共模（CM）传导噪声干扰。在电磁干扰（EMI）测试期间，如果将总噪声测量结果细分为DM 和CM噪声分量，可以确定DM和CM两种噪声各自所占的比例，从而简化 EMI 滤波器的设计流程。高频下的传导发射主要由 CM 噪声产生，该噪声的传导回路面积较大，进一步推动辐射发射的产生。

<strong>简介</strong>

高开关频率是在电源转换技术发展过程中促进尺寸减小的主要因素。为了符合相关法规，通常需要采用电磁干扰 (EMI) 滤波器，而该滤波器通常在系统总体尺寸和体积中占据很大一部分，因此了解高频转换器的 EMI 特性至关重要。

在本系列文章的第 2 部分，您将了解差模 (DM) 和共模 (CM) 传导发射噪声分量的噪声源和传播路径，从而深入了解 DC/DC 转换器的传导 EMI 特性。本部分将介绍如何从总噪声测量结果中分离出 DM/CM 噪声，并将以升压转换器为例，重点介绍适用于汽车应用的主要 CM 噪声传导路径。

<strong>DM 和 CM 传导干扰</strong>

作为一个做设计的新手，在刚学PCB设计时，经常会由于电源通道处理不当（过孔数量打的不够、电源通道路径不够宽），而导致PCB设计不合格，生产出来的PCB报废。那么，我们在做PCB设计时电源通道处过孔需要怎么打哪个类型的？过孔数量要打多少个？本篇文章将给大家作一些详细的介绍。
　　
<strong>过孔定义：</strong>
　　
过孔也称金属化孔。在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔，即过孔。过孔的参数主要有孔的外径和钻孔尺寸。
　　

对于PCB设计工程师俩说，布线（Layout）是最基本的工作技能之一。走线的好坏将直接影响到整个系统的性能，而且大多数高速的设计理论也要最终经过Layout得以实现并验证。

由此可见，布线在高速PCB设计中是至关重要的。再布线的过程中，我们一直强调走线时不能出现直角，铜皮也尽量避免直角，那么下面我找到一些直角走线的基础理论和大家分享下。

直角走线一般是PCB布线中要求尽量避免的情况，也几乎成为衡量布线好坏的标准之一，那么直角走线究竟会对信号传输产生多大的影响呢？从原理上说，直角走线会使传输线的线宽发生变化，造成阻抗的不连续。其实不光是直角走线，顿角，锐角走线都可能会造成阻抗变化的情况。

直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面：

我们在电子电路中，电源是不可缺少的，电源能为电路提供源源不断的能量，在电源的提供能量的作用下，电路才能正常进行工作。

独立电源是实际电源的理想化电路元件模型，能够主动对外电路提供能量或电信号的有源元件，独立电源包括独立电压源和独立电流源。

<strong>1、独立电压源</strong>

如果一个二端元件接到任意电路中，无论流经它的电流是多少，其两端电压始终保持给定的时间函数u_s（t）或定值U_s，则该二端元件称为独立电压源，简称电压源。

<strong>1、为什么要对产品做电磁兼容设计？</strong>

答：满足产品功能要求、减少调试时间，使产品满足电磁兼容标准的要求，使产品不会对系统中的其它设备产生电磁干扰。

<strong>2、对产品做电磁兼容设计可以从哪几个方面进行？</strong>

答：电路设计（包括器件选择）、软件设计、线路板设计、屏蔽结构、信号线/电源线滤波、电路的接地方式设计。

<strong>3、在电磁兼容领域，为什么总是用分贝（dB）的单位描述？</strong>

答：因为要描述的幅度和频率范围都很宽，在图形上用对数坐标更容易表示，而dB就是用对数表示时的单位。

<strong>1、电感与开关电源输出功率不匹配。</strong>

线圈直流电阻大，导致满负荷或超负荷输出时，线圈温度持续升高直至烧毁。这种原因可能性有但又不大。

<strong>2、电源长时间超负荷运行（可能性较大）。</strong>

这将导致电感的线圈电阻损耗(直流)和磁芯涡流损耗(交流)加重，这两种损耗都变成热能，使电感温度快速升高直至烧坏。一般开关电源超负荷50%(即额定输出功率150%)时，保护电路才起作用。电源的额定输出功率，实际上也是极限输出功率，使用时不能超出，而且要留有一定余量。这样才能连续、安全、稳定运行。

<strong>3、电感质量有问题。</strong>

<strong>背景</strong>

说到电磁兼容，很多人第一反应肯定是电磁炮或者磁悬浮列车。其实电磁场的理论不仅在民用电子产品，军事上，尤其是航空航天的领域升是绝对的核心内容。下面举几个例子让大家看看什么是电磁兼容。

1982年，英阿马岛战争，英国某著名驱逐舰由于受到飞鱼导弹的攻击而沉没。其实当时英舰上已经装载了反导弹侦查系统，本来阿根廷进口的飞鱼就是法国的减装版本，抗电磁干扰能力极差。

可惜当时那位倒霉舰长正在使用无线电通讯系统与英国本部联系，这个无线电系统在工作时会需要关闭反导系统，因为反导系统工作时产生的电磁场会严重干扰舰上的无线电通讯。所以很不巧的事情发生了，老旧的飞鱼畅通无阻的击中了谢菲尔德。

<strong>概述</strong>

本文主要介绍晶体的负载电容及计算方法，及其硬件设计。

<strong>1、负载电容</strong>

晶体元件的负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。是指晶振要正常振荡所需要的电容。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。要求高的场合还要考虑IC输入端的对地电容。应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率。负载电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。

<strong>2、计算方法</strong>

<strong>简介</strong>

多数电源应用必须减少电磁干扰（EMI）以满足相关要求，系统设计人员必须尝试各种方法来减少传导和辐射发射。

电磁兼容性（EMC）标准的合规性（例如，针对多媒体设备的CISPR 32，针对汽车应用的CISPR 25）是一项非常重要的任务，与产品开发成本和上市时间息息相关。

对于DC/DC转换器而言，虽然采用开关更快的电源器件可以提升开关频率并缩小尺寸，但在开关转换期间出现的开关电压和电流转换率（dv/dt和di/dt）有所提升，通常引起EMI加剧，导致整个系统出现问题。

<strong>12、拓扑选择</strong>

现在从拓扑一般性讨论到特定拓扑，假定你熟悉Buck类变换器，如图5所示。用它代替这一类拓扑，集中在每种拓扑实际的困难，并围绕这些困难解决的可能性。集中在能预先选择最好拓扑，使你不至于花费很多时间设计和调试。

<strong>a、Buck变换器</strong>

决定拓扑选择的一个重要因素是输入电压和输出/输入比。图1示出了常用隔离的拓扑相对适用的电压范围。拓扑选择还与输出功率，输出电压路数，输出电压调节范围等有关。一般情况下，对于给定场合你可以应用多种拓扑，不可能说某种拓扑对某种应用是绝对地适用，因为产品设计还有设计 者对某种拓扑的经验、元器件是否容易得到、成本要求、对技术人员要求、调试设备和人员素质、生产工艺设备、批量、军品还是民品等等因素有关。因此要选择最好的拓扑，必须熟悉每种拓扑的长处和短处以及拓扑的应用领域。如果随便选择一个拓扑，可能一开始就宣布新电源设计的失败。

<strong>电报方程</strong>

分析电路时，当电路的尺寸远小于所传输信号对应的波长时，可采用电路理论，此时，电路上的电压和电流都认为是一致的；但是当电路尺寸与信号波长的大小可比拟时，就需采用传输线理论，这个时候，传输线就是一个分布参数网络，其上电压和电流的幅度和相位会随位置的不同而不同。

<strong><font color="#004a85">作者：Perry Tsao（移动方案事业部执行总监） </font> </strong>

似乎在不久以前，USB-C（之前称为USB Type-C）的势头还只是星星之火，业界分析师普遍对这项变革性的技术持观望与想象的态度。而现在，大多数笔记本电脑、手机和PC都开始采用这种小尺寸、通用的连接器，以实现多向数据传输和供电。

<strong>4.1、开关电源的辐射骚扰发生</strong>

图2是介绍在《开关电源的传导骚扰抑制问题》时用于说明电源中电磁骚扰产生与耦合途径的示意图。

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<strong>1、概述 </strong>

尽管开关电源没有作为一个大类产品出现在我国的强制性产品认证目录中，但是在信息技术类设备提到的12种产品中，将计算机的内置电源和电源适配器与微型计算机、便携式计算机、计算机连用的显示设备、计算机连用的打印设备、多用途打印复印机、扫描仪、充电器、电脑游戏机、学习机、复印机、服务器、金融及贸易结算电子设备等一起列为强制认证的产品。

开关电源是开关稳压线性电源的简称，以前的电源产品是采用线性电源，这是一种晶体管线性稳压电源，由于效率低下等原因已逐渐被开关电源取代。开关电源，顾名思义就是通过控制开关管的导通时间以及关断时间来维持输出电压的稳定的电源，已逐渐向小型化、效率化、模块化、高可靠性等方向发展。对于开关电源，输入保护电路很重要，开关输入保护电路具有过流保护、过压保护以及浪涌抑制等功能，对于电网的电压冲击以及EMC等具有至关重要的作用。下面列举6种开关电源输入保护电路

<strong>一、保险丝形式</strong>

保险丝有普通型的也有快速型的，具有熔点低、熔断速度快特点，但是在熔断时候会产生火花、冒烟，甚至有玻璃管的会爆裂，因此安全性较差。仅有保险丝的输入保护电路，只有过流保护作用，一般选择保险丝时候实际的熔断电流要等于额定电流的1.5倍左右。

<strong>4.1、输入低频纹波：</strong>

低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留。

交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。

电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。但其输出端的低频交流纹波仍较大。要实现开关电源的低纹波输出，必须对低频电源纹波采取滤波措施。

可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。

<strong>低频纹波抑制的几种常用的方法：</strong>

<strong>a、加大输出低频滤波的电感，电容参数。</strong>