因为商场关于进步信息技能和通讯设备功用的需求,因而现在的体系规划人员面临着必需规划EMI兼容产品的巨大应战。在出售之前,一切通常被规则为具有一个高于9kHz之已调时钟信号的信息技能设备(ITE)都有必要满意相关的政府规范,例如美国的FCCPart15SubpartB和欧盟的EN55022,这些规范规则了工业和商业环境(ClassA)以及家庭环境(ClassB)的最大可容许辐射发射。鉴于此类严厉的EMI规范、工程人力资源约束和产品快速上市要求,使得通过EN55022规范认证之电源模块的普及率有所进步。可是重要的是有必要知晓电源模块在认证时所在的电气操作条件,以防止在之后的规划过程中感到惊讶。对开关形式稳压器中的EMI搅扰源和场强因子有所了解将有助于规划工程师挑选最佳的组件,以减轻特别是那些所需电流水平较高之顶级设备中的电磁辐射。
图1:FCC辐射限值(USA)和EN55022ClassB辐射限值(欧盟)
图2:具寄生电感器和电容器的降压型开关稳压器
因为其特别的性质,开关电源会发生辐射到周围大气中的电磁波。脉冲电压和电流将因开关动作而呈现,并直接影响辐射电磁波的强度。此外,转换器内部的寄生器材也会发生电磁辐射。图2给出了一款典型的降压型转换器,其包含功率MOSFET的寄生电感器和寄生电容器。
EMI辐射源
在每个开关周期里,存储在寄生电感器中的能量将和存储于寄生电容器中的能量发生共振。当能量开释时将在开关节点(VSW)上发生一个很大的电压尖峰,其最大可达输入电压的两倍,如图3所示。当MOSFET的电流才能添加时,存储在寄生电容器中的能量往往也会添加。别的,开关动作还使输入电流以及流过顶端MOSFET(ITOP)和底端MOSFET(IBOT)的电流发生脉动。此脉冲电流将在输入电源电缆和PCB板印制线(其充当了发射天线)上发生电波,然后发生辐射发射和传导发射。
图3:12V输入降压型开关稳压器中的典型开关节点电压尖峰和振铃 当输人电压和输出电流添加时,每个周期中功率电感器改动极性时开关节点上的电压尖峰也将增大。并且,输出电流越高,电路回路内部发生的脉冲电流越大。因而,辐射发射在很大程度上取决于被测验器材所在的电气操作条件。一般来说,辐射噪声将跟着输人电压和输出功率(特别是输出电流)的进步而添加。因为作为低噪声代替计划的线性稳压器功率过低,并且在高电压和高功率等级下耗散过多的热量,因而规划工程师不得不战胜因选用最先进的开关电源解决计划而引发的难题,其间的EMI按捺变得较为扎手。
图4:在96W输出功率下LTM4613(DC1743)的EN55022规范相符性演示(由独立测验组织担任施行)
EMI按捺
用于下降来自开关形式电源转换器规划的辐射EMI之代替办法而临着其他的难题。一种传统办法是在电源解决计划周围增设EMI屏蔽,其将在金属外壳内包含一个EMI场。可是,EMI屏蔽会添加规划复杂性、尺度和本钱。在开关节点上(VSW)布设一个RC减振器电路可协助减小电压尖峰和后续的振铃。可是增设一个减振器电路将下降工作功率,然后添加功率耗散,导致环境温度和PCB温度升高。最终一种对策是采纳优秀的PCB布局计划,包含运用部分低ESR陶瓷去耦电容器,并为一切的大电流通路选用简略的PCB走线距离,以最大极限地按捺图2中所示的寄生效应,不过价值是添加了工程规划时刻并延缓了产品的上市进程。总的说来,为了一同满意尺度、功率、热耗散和EMI规范要求,工程师必需具有丰厚的电源规划经历并做出困难的权衡取舍,特别是在高输入电压、高输出功率使用中(原因如上所述)。为了评价折衷战略和规划一款契合EMI规范并满意一切体系要求的电源转换器,电路规划人员常常需求花费大虽的时刻和精力。确保契合EMI规范的解决计划。
为了对一款简略和契合EMI规范的高输出功率电源规划供给确保,凌力尔特公司向一家独立的认证测验实验室(TUVRheinland)提交了LTM46138A降压型μModule稳压器演示板(DC1743),该实验室的10米EN55022试验箱得到了美国国家规范与技能研究所(U.S.National Institute of Standards and Technology,NIST)的正式认可。在一个24V输人供给96W输出功率的情况下,发现LTM4613演示板契合EN55022ClassB限值。只需选用输入电容、输出%&&&&&%和少数的其他小型组件,即可轻松完成一款契合EN55022规范的“无忧型”解决计划,特别是在选用可免费下载的DC1743光绘(Gerber)文件的情况下。
在市面上一切经历证契合EN55022B规范的电源模块产品中,LTM4613可供给最高的输出功率和功率。凭仗一个慎重规划的集成型滤波器、详尽的内部布局、屏蔽电感器、内部减振器电路和功率晶体管驱动器,LTM4613在尺度、输出功率、功率和EMI辐射之间完成了完美的平衡。LTM4613与经EN55022B规范认证的μModule稳压器系列中其他许多成员(其具有各种不同的输出功率等级)一同免除了增设磁屏蔽和外部减振器的需求,然后减少了解决计划整体尺度、本钱以及某些费事的规划使命。
总结
针对EMI相符性来规划信息技能设备(ITE)产品是一项必定要求,它需求超乎寻常的技巧和时刻。尽管很费事,可是关于确保相邻电子设备或体系本身内部其他隶属组件的正常功用工作而言,此类约束是至关紧要的。为满意这一需求,业界推出了比如LTM4613等通过EN55022ClassB规范认证的电源模块。可是,因为EMI场强在很大程度上取决于许多的要素(例如:输人电压、输出电流、输出电压和PCB布局),因而在比较产品时应确认:EN55022认证是在类似的电气条件下进行的(由业界认可的EMI测验实验室在与您的规划附近的输入电压和输出功率等级下施行)。凌力尔特发布了针对最常见工作条件的EMI测验成果和演示板光绘文件,然后供给了一款由授权独立实验室认证的杰出电源规划,这给客户吃了颗“定心丸”。