3.1.2)减小谐波回路面积,对 LM3478,如图,MOS 管开通时,Cin,L 和 MOS 构成一个回路对电感充电,请看图 2(a)的 Cycle1。MOS 管关断时,Cin,L,D,Cout 构成另一个回路对电感放电,请看图 2(b)中的 Cycle2。对于二极管 D,交替工作在正向导通和反向截止的状态,因此,有很高的反向恢复尖峰电压,需要在二极管两端加 Snubber 电路来抑制这个尖峰电压,以避免产生过大的共模噪声。这两个回路的工作频率是 MOS 的开关频率,谐波分量大,布板时要尽量减小谐波回路的面积。要把这两个功率回路的器件靠近放置,走大铜皮宽走线,减小开关频率谐波的回路阻抗。
BQ24133 实质是一个 Buck 回路。也有类似的问题。请看图 3,BQ24133 工作原理图,输入电容C1,整流管开通,续流管关断,整流管电感和负载构成一个高频回路,有很高的 dI/dT。另外,整流管关断,续流管开通时,电感电流通过续流管续流(在重载时续流管工作在电感电流连续模式), 电感电流没有减小到零时整流管又会开通,这是续流管被强制加反向电压而截止,产生很高的反向恢复电压尖峰(虽然是同步整流,由于死区的存在,死区时间内仍然是二极管整流),这会导致比较大的共模噪声,所以需要在 SW 对 PGND 加 Snubber 电路来抑制续流管的反向尖峰。因此,输入滤波电容 C1、电感 L1 和输出滤波电容 C2 应尽量靠近芯片布置,减小高频回路面积。功率回路走线应走大铜皮宽走线,减小谐波阻抗,最好都布置在 PCB 的同层,Snubber 放置在紧靠下管的位置。
图 3:BQ24133 高频电流回路图
总的来说,LM3478 和 BQ24133 的输入输出走整块大铜皮,将输入电容和输出电容紧靠功率开关管,使回路围成的面积最小。选择 ESR 较小的电容,由于成本原因,这类产品用的电容都比较差,这个项目原来用电解电容,建议多增加些瓷片电容组合使用,这样在低成本下获得好的效果。这样使输入输出的开关频率的谐波回路尽量小,谐波阻抗尽量小,可以减小回路对外的辐射干扰。
3) 上面提到在 BQ24133 的下管加 Snubber 电路(加在 SW 和 PGND 之间),在 LM3478 的续流二极管加 Snubber 电路。Snubber 电路紧贴开关管管脚,加宽走线,高频谐波就近旁路。 首先可以先预放一个 2-3ohm 的电阻,电容取 500-1000pF。在辐射测试中,如果裕量不足或者超规格,就适当增加 RC,以吸收更多的高频能量,如果裕量过大,应减小 RC 的值以提高效率。
4) 对于两层板来说,将电感和 MOS 等功率器件和功率器件之间走线下面的 GND 铜皮去掉或者减小。降低开关管到 GND 的分布电容,减小共模耦合。
3.2 其他注意事项
3.2.1 布局
一般来说,如果条件允许,尽可能把电源回路跟其他电路在布局上适当分开。例如,把电源类器件布置在 PCB 左侧,跟其他电路适当留隔离带。输出线和端子尽量远离开关管,电感等器件。在谐波较大的回路上,注意 PCB 走线避免用锐角,尽量倒钝角或走圆角。
3.2.2 共模电感的使用
对于多节电池,充电功率增加,电池输出线尽量减小长度,避免电池线变成辐射天线。另外,可考虑适当增加共模电感来抑制电池线共模干扰。
3.2.3 测试注意事项
建议客户辐射测试时用蓄电池加 1.5 米线做输入源,排除 Adapter 造成的干扰。另外,测试中调整 Snubber 参数,在效率和 EMI 中取得一个平衡点,RC 的值不能加的过大,以免导致 IC 过热。所以,干扰源噪声比较大时,要考虑多种措施同时使用,以取得最优的效果。
4.结论:
经过整改后,优化了 layout,顺利通过了辐射测试。从这个项目,总结一些经验。首先,确定骚扰源和发射天线,增加 Snubber 电路吸收骚扰源的高频谐波。其次, 判断耦合路径,重点通过优化 layout,使谐波就近通过电容旁路,减少骚扰源的高频骚扰到外接长线的耦合。EMC 设计的本质,就是如何处理好谐波的问题。