方案

反激式开关电源EMI设计与整改(3)




前两期文章先后先容了EMI基础常识及传导定量设计方法,受到了工程师们的高度关注。
本期,芯朋微技术团队为大家分享反激式开关电源的辐射定性分析方法及典型整改案例。





01

辐射定性分析方法


麦克斯韦方程组揭示了电场、磁场的来源及关系,并预言了电磁波的存在,奠定了经典电磁场理论。在此基础上,引入“矢量势”的概念,并增加库伦规范和洛仑兹规范限定条件,进而得到小环天线辐射场的磁场和电场强度表达式:

其中,S为环形面积,r为辐射源到辐射测试处的距离,λ为波长,I为环路中的电流大小,Z为波阻抗(常数,120π),θ为辐射方向与测试位置的夹角。
上式可定性引导反激式开关电源的辐射整改:
  1. 环路面积越小,辐射量越小;
  2. 负载电流越小,辐射量越小;
  3. 测试距离越远,辐射量越小;
  4. 工作频率越高,辐射量越大;
  5. 垂直方向和水平方向测试到的辐射强度不同。




02

辐射整改案例




案例一  Y电容回路影响


实验结果:基于PN8386P+PN8306H的5V3.4A充电器,不同Y电容回路,垂直方向辐射相差6dB以上。

原因分析:Y电容将流过变压器的共模电流旁路为差模电流以改善EMI,该回路为辐射干扰源,回路面积越小EMI越好。


基于PN8386P+PN8306H的5V3.4A充电器PCB布线


CY1回路辐射测试结果(CY1=1nF,移除CY2)


CY2回路辐射测试结果(CY2=1nF,移除CY1)




案例二 RCD回路影响 


实验结果:基于PN8235+PN8306H的5V3.4A充电器,不同RCD吸取回路布线,垂直方向辐射相差10dB以上。

原因分析:主开关管漏极为强干扰源, RCD吸取用以减弱此干扰量,RCD越靠近漏极辐射量则越小。


RCD吸取远离主开关管漏极PCB布线及辐射测试结果


RCD吸取靠近主开关管漏极PCB布线及辐射测试结果






案例三  di/dt影响


实验结果:基于PN8160M的12V1.5A适配器,不同型号输出整流二极管,垂直方向辐射相差3dB以上。

原因分析:在电流连续模式下,输出二极管反向恢复特性不同,di/dt引起的辐射能量不同。

基于PN8160M的12V1.5A适配器PCB布线


DO201-AD封装5T100辐射测试结果


TO277封装的10V80辐射测试结果





案例四 dv/dt影响 


实验结果:基于PN8680M的12V1A适配器,主开关管是否并联Cds电容,垂直方向辐射相差3dB以上。

原因分析:Cds可减缓主开关管Vds的dv/dt,减小辐射量。


基于PN8680M的12V1A适配器PCB布线


无Cds电容辐射测试结果


有Cds(33pF)电容辐射测试结果




案例五  输出工模电感影响


实验结果:基于PN8160H的12V2A适配器,是否带输出共模电感,垂直方向辐射相差6dB以上。

原因分析:输出共模电感可有效阻碍共模干扰电流通过输出线向外辐射能量。


基于PN8160H的12V2A适配器PCB布线


无输出共模电感辐射测试结果


有输出共模电感辐射测试结果



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