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      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化

      發(fā)布時間:2020-06-01 責任編輯:wenwei

      【導讀】現(xiàn)代電子設備的普及為人們帶來極大便利的同時,也加劇了電磁環(huán)境的惡化。電磁干擾(EMI)是指由電磁波與電子器件之間相互作用而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象。 
       
      電子設備在工作時會產(chǎn)生電磁波,電磁波相互干擾會對敏感電路產(chǎn)生不好的影響,在嚴重的情況下會導致電路無法正常工作。這就是降低EMI能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要原因。 本文討論了EMI如何影響消費類電子和敏感設備性能,例如家用電器,警報系統(tǒng)和車庫門開啟器。 
      如何優(yōu)化EMI 
       
      開關電源的設計中,電路設計和電路板布局是解決EMI問題的兩個關鍵點。 在電路設計中,開關頻率以及開關節(jié)點上的振鈴(圖1)會產(chǎn)生電磁干擾(EMI)。 
       
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
      圖一:典型開關電源應用電路
       
      兩種方式可有效優(yōu)化EMI:開關頻率控制法和防振鈴控制法 
       
      開關頻率控制法 
       
      通過延長開關節(jié)點的開關上升時間和下降時間來降低dV / dt變化速率,從而減少了EMI(見圖2,圖3,圖4和圖5)。    
       
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
       
      防振鈴控制法 
       
      開關節(jié)點上的振鈴會導致EMI問題的出現(xiàn)。 器件的振鈴越多,EMI性能就越差(圖6)。 在SW和GND之間增加一個1k Ω電阻(R)和另一個開關(S1)可減輕振鈴。 在輕載的情況下,當HS和LS開關均關斷時,S1導通,使L1的部分電流通過R和S1釋放到GND(圖7)。  
       
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
      圖六:SW 處較多振鈴(無防振鈴控制)
       
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
      圖七:SW 處較少振鈴(有防振鈴控制)(測試條件:VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 10mA) 
       
      圖8和圖9展示了通過開關速度控制和防振鈴控制而實現(xiàn)的EMI降低。
       
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
       
      可改善EMI的PCB布局 
       
      開關電源的反饋信號是對電磁干擾非常敏感的模擬信號,并且容易受到其自身的開關信號的干擾。良好的布局可以減少這種EMI干擾,而不良的布局可能會產(chǎn)生較大的紋波,甚至會導致電源無法正常工作。 
       
      以下是通過元件放置和PCB布局實現(xiàn)更好的EMI性能的一些技巧: 
       
      ●  將輸入濾波電容靠近IC放置(圖10)。
       
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
      圖十:輸入電容靠近IC放置,電磁場更小
       
      ●  使用屏蔽電感
      ●  使用小的SW pad布局(圖11)
       
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
       
      ●  IC GND與系統(tǒng)GND使用單點連接
      ●  保持輸入地和GND之間的連接盡可能短和寬
      ●  通過多個過孔或?qū)捵呔€將VCC電容的接地連接到IC的接地
      ●  輸入電容與IN引腳之間的連線盡可能寬且短
      ●  確保所有的反饋都直接連接且連線短
      ●  反饋電阻和補償器件都盡可能的靠近芯片
      ●  將SW信號遠離敏感的模擬信號,例如FB信號
       
       針對消費電子及射頻敏感類應用的優(yōu)化 
       
      在這個電子設備遍布的世界中,從家用電器到消費電子產(chǎn)品和對射頻敏感的設備(例如車庫門開啟器和警報系統(tǒng)),EMI現(xiàn)象都可能導致系統(tǒng)出現(xiàn)不必要的交互和操作問題。 MP2317系列通過優(yōu)化EMI性能來解決此問題,同時MP2317系列擁有簡單的封裝且支持使用單層PCB板進行設計使制造更加簡單和經(jīng)濟。 
       
      MP2317系列可以用作次級側DC / DC變換器(圖12)。 
       
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
      圖十二:在空調(diào)中的應用
       
      MP2317系列的主要特點:
       
      ●  7.5V 到26V大范圍輸入電壓
      ●  150uA小靜態(tài)電流
      ●  出色的負載線路調(diào)整率以及瞬態(tài)響應(圖15)
      ●  效率最高可達96%,在12V轉5V/20mA時,效率可達80%(圖13)
      ●  全面的保護(過溫保護OTP,低壓保護UVLO,過流保護OCP)以提高可靠性和使用壽命
       
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
      圖十三:MP2317效率圖
       
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
      圖十四:MP2317(U1)單層板布局圖(測試條件: VIN = 12V, VOUT = 5V)  
       
      消費類電子與射頻敏感性應用中開關電源的EMI優(yōu)化
      圖十五:MP2317 快速負載瞬態(tài)響應(測試條件: VIN = 12V, VOUT = 5V, L = 10μH) 
       
      結論: 
       
      除了對電路的可靠性有著至關重要的EMI優(yōu)化問題之外,電路的制造簡便性也很重要。MPS的1A / 2A / 2.5A 26V高效開關穩(wěn)壓器--MP2317,MP2344和 MP2345系列,采用了小型6引腳SOT23封裝和大引腳間距(0.95mm),這種封裝方式能夠使用單層PCB進行布局, 以此簡化制造工藝以節(jié)省制造成本。 這個系列三個不同電流值的開關穩(wěn)壓器使用同一種封裝且互相Pin-to-Pin兼容,系統(tǒng)工程師無需更改PCB即可靈活切換到不同電流值的開關穩(wěn)壓器上,從而節(jié)省設計時間和成本。
       
       
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