如何处理电磁干扰EMI

1万 · 2024-8-26 09:47

一、什么是EMI
EMI是Electromagnetic Interference的简称，即电磁干扰。指任何可能引起电子设备性能降低或产生负面影响的电磁现象，通常分为传导干扰和辐射干扰。传导EMI是通过电缆布线、PCB布线、寄生元件或电源和接地层生成的一种传导耦合。辐射EMI是无线电因导电材质元件而发出的不必要信号的耦合。每个导体都具有能够传输和接收信号的天线的特性。

1.1 寄生元件：

大多数开关电源（ SMPS）和噪声问题都与设计中的寄生元件有关。寄生元件不可避免。它们可以有多种形式的电阻、电感或电容。例如，一个电容器具有标称电容，但也带有不需要的等效串联电阻 (ESR) 和等效串联电感 (ESL) 的电子元件。在降压开关稳压器（降压转换器）中，随着高侧和低侧 MOSFET 在开关中交替，转换器输入源的噪声和高 di/dt 环路中的寄生电感会出现在开关节点上。随后，开关节点上的噪声通过与电感器、封装和 PCB 布局关联的寄生电感，耦合并分布到输出电压。

带有寄生元器件的BUCK电路

1.2 高频噪声和低频纹波：

耦合到输出电压的噪声元素为高频噪声和低频纹波。低频纹波是电感器纹波电流和输出电容阻抗的副产物。高频噪声由高di/dt电流及其路径中的任何电感（输入电容器和电源开关）生成。

1万 · 2024-8-26 09:49

二、电源模块的有效结构
大部分电源模块都集成了高频输入电容器和屏蔽式电感器。必须注意的是，集成式输入电容器大大减少了高 di/dt 环路的面积。较小的环路面积可降低开关节点上的振铃，进而降低输出噪声。此外，由于开关节点位于封装内部并已进一步减小，针对其他节点的潜在寄生电容将受到限制。电源模块虽已减小，但其中仍存在一些寄生元件。

1万 · 2024-8-26 09:50

三、通过展频减少EMI影响展
频技术也叫抖频技术通常用于开关模式电源系统，以减少开关电源产生的EMI的影响。
3.1 展频概念：
展频通过将窄带信号转换为宽带信号，以将能量分散在多个频率上，从而降低 EMI 的影响。在开关稳压器中，振荡器设置的开关频率在操作下可降低峰值能量，并分布到其他频率及其谐波。下图说明了随时间操作时钟频率如何分散开关电源生成的能量。

在优化展频时，最重要的因素是调制指数。调制指数越大，频谱就越分散；不过，当在开关稳压器应用中分散时，存在一些限制。调制指数是能量分散和产生的基波/谐波的因素。转换器的开关频率是电压纹波的基波频率。因此，当开关频率偏离基波频率时，会增加输出纹波、在电感器电流纹波中产生较大变化，并开始将能量分散到不需要它的频带。
3.2 其他EMI降低的方法：
除展频技术之外，还提出了很多可降低 EMI 的解决方案。一些技术可通过实施更多输入滤波器设计和PCB布局改进，来帮助降低开关电源中的EMI发射。如有源EMI滤波、消除绕组、集成式输入旁路电容器……这里不再讲述了。