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一、概述

 

電源在一個(gè)典型系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色，從某種意義上來講，可以看成是系統(tǒng)的心臟。在電源系統(tǒng)中常用的電源技術(shù)是：線性電源，脈寬調(diào)制（PWM）開關(guān)電源。線性電源的輸出電壓只能低于輸入電壓，并且每個(gè)線性電源只能產(chǎn)生一路輸出，而且存在很大的損耗；PWM開關(guān)電源在使用時(shí)比線性電源具有更高的效率和靈活性，在很多便攜式產(chǎn)品和對(duì)功率要求高的場合更多使用的是開關(guān)電源。

 

雖然PWM開關(guān)電源實(shí)用性強(qiáng)，但是該模塊在工作時(shí)，開關(guān)切換瞬間電路中會(huì)產(chǎn)生快速變化的電流i和快速變化的電壓u，即di/dt和dv/dt，這二者與PCB的走線以及線纜一起，構(gòu)成了電磁騷擾EMI源頭。那么開關(guān)電源的EMI問題該如何解決呢？

 

二、確定輻射源頭

 

面對(duì)越來越復(fù)雜的電路系統(tǒng)，我們很多時(shí)候都沒辦法對(duì)輻射問題作出快速判斷。下面是實(shí)測輻射數(shù)據(jù)波形，僅僅通過波形我們能否直接對(duì)EMI問題作出判斷呢？

 

①EN55032標(biāo)準(zhǔn)下30MHz~1GHz輻射測試波形

 

 

 

 

②GB/T 18655標(biāo)準(zhǔn)下桿天線0.15MHz~30MHz輻射測試波形

 

 

 

以上測試波形來自不同電子產(chǎn)品，通過排查發(fā)現(xiàn)輻射源頭都是DCDC電源模塊。然而我們沒辦法直接通過測試波形就確定輻射源頭是哪個(gè)模塊，一些信號(hào)頻率與電源開關(guān)頻率相近的電路模塊輻射測試結(jié)果相似，這種情況也會(huì)對(duì)我們的判斷產(chǎn)生誤導(dǎo)。

 

接下來讓我們一起來討論下有哪些便捷有效的手段可以用來快速找到輻射源頭：

 

①列舉可疑清單（存在高低電平變化的電路：數(shù)字信號(hào)，開關(guān)電源）

 

②通過軟件或電路開路等方式逐個(gè)排查（找出非電源噪聲源頭）

 

③理清電源樹，逐個(gè)驗(yàn)證，對(duì)于電源模塊比較多的系統(tǒng)，以下圖為例：

 

 

小編總結(jié)有兩種方式可以用來逐個(gè)排查電源問題：

 

A.斷開待排查模塊電源，用等效負(fù)載替代，如下圖所示，此時(shí)電路功率不變，對(duì)比前后測試數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)不變，則該電源模塊沒問題：

 

 

B.斷開待排查模塊電源，用直流源替代上一級(jí)電源給該模塊供電，同時(shí)斷開電路的主電源，保證電路只有這個(gè)模塊工作，如下圖所示，若整體數(shù)據(jù)不變，則問題源頭就是該模塊：

 

 

通過以上步驟，大體可以對(duì)整個(gè)電路的輻射源頭有一定的判斷，當(dāng)然也會(huì)存在某些模塊無法斷開的情況，這種情況下，如果條件允許，可以將其中一個(gè)模塊屏蔽起來，并且將他與其他模塊的連線做濾波隔離，若測試前后數(shù)據(jù)不變，則該模塊沒問題。如果無法準(zhǔn)確判斷輻射源頭，直接對(duì)所有模塊都做處理，這樣存在的問題是當(dāng)措施無效時(shí)，無法判斷是措施無效還是源頭找錯(cuò)了。

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三、常見DCDC處理方案

 

有時(shí)候找到問題源頭，問題已經(jīng)解決了一大半了，但卻僅僅只是開始。電磁干擾包括輻射型(高頻)EMI、傳導(dǎo)型(低頻)EMI，即產(chǎn)生EMC問題主要通過兩個(gè)途徑：一個(gè)是空間電磁波干擾的形式；另一個(gè)是通過傳導(dǎo)的形式，傳導(dǎo)干擾是通過電源線騷擾公共電網(wǎng)或通過其他端子（如：射頻端子，輸入端子）影響相連接的設(shè)備。針對(duì)DCDC電源模塊，噪聲源可以分為三個(gè)：

 

①PWM開關(guān)頻率及其倍頻，開關(guān)頻率一般在2MHz以內(nèi)，以低頻傳導(dǎo)干擾為主；

 

②開關(guān)電源環(huán)路中的LC諧振，產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象，輻射頻寬可從幾十MHz到200MHz，屬于高頻輻射；

 

③二極管反向恢復(fù)，輻射頻寬兩三百M(fèi)Hz，屬高頻輻射。

 

針對(duì)這兩種輻射方式，現(xiàn)提出以下解決方案：

 

（1）環(huán)路控制   

 

高頻電流環(huán)路面積越大, EMI輻射越嚴(yán)重。DCDC電源PCB設(shè)計(jì)時(shí)，盡量保證下層有完整的參考地平面，回流路徑控制盡量小，減小空間輻射。

 

（2）增加輸入輸出端濾波

 

DCDC輸入輸出采用多級(jí)濾波，輸入輸出濾波頻段盡量全面，采用多個(gè)容量電容濾波；電源開關(guān)管對(duì)地加RC吸收，抑制振鈴現(xiàn)象。

 

（3）增加端口濾波

 

端口和信號(hào)線輸出部分也需要做濾波措施，特別是端口地的處理，可使用共模電感對(duì)地噪聲進(jìn)行處理。

 

四、總結(jié)

 

電磁兼容整改主要還是圍繞三要素進(jìn)行，即干擾源、輻射路徑以及敏感對(duì)象，關(guān)于如何找到輻射的干擾源本文只是簡單提及了一下，純粹是拋磚引玉，更多的還是依靠廣大工程師們在平時(shí)整改中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)。在已經(jīng)確定了輻射源的情況下，整改可以從輻射源和輻射路徑兩個(gè)方向進(jìn)行，本文針對(duì)DC電源模塊的噪聲源頭以及常用的整改手段都作了簡要的闡述，其中還有許多不足之處，敬請(qǐng)各位大神批評(píng)指正，相互交流相互進(jìn)步。