消费类电子与射频敏感性应用中开关电源的EMI优化
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简介
现代电子设备的普及为人们带来极大便利的同时，也加剧了电磁环境的恶化。电磁干扰（EMI）是指由电磁波与电子器件之间相互作用而产生的干扰现象。
电子设备在工作时会产生电磁波，电磁波相互干扰会对敏感电路产生不好的影响，在严重的情况下会导致电路无法正常工作。这就是降低EMI能够提高系统稳定性的重要原因。 本文讨论了EMI如何影响消费类电子和敏感设备性能，例如家用电器，警报系统和车库门开启器。
如何优化EMI
在开关电源的设计中，电路设计和电路板布局是解决EMI问题的两个关键点。 在电路设计中，开关频率以及开关节点上的振铃（图1）会产生电磁干扰（ＥＭＩ）。
图一：典型开关电源应用电路
两种方式可有效优化EMI：开关频率控制法和防振铃控制法
开关频率控制法
通过延长开关节点的开关上升时间和下降时间来降低dV / dt变化速率，从而减少了EMI（见图2，图3，图4和图5）。
防振铃控制法
开关节点上的振铃会导致EMI问题的出现。 器件的振铃越多，EMI性能就越差（图6）。 在SW和GND之间增加一个1k Ω电阻（R）和另一个开关（S1）可减轻振铃。 在轻载的情况下，当HS和LS开关均关断时，S1导通，使L1的部分电流通过R和S1释放到GND（图7）。
图六：SW 处较多振铃（无防振铃控制）
图七：SW 处较少振铃（有防振铃控制）
（测试条件：VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 10mA）
图8和图9展示了通过开关速度控制和防振铃控制而实现的EMI降低。
可改善EMI的PCB布局
开关电源的反馈信号是对电磁干扰非常敏感的模拟信号，并且容易受到其自身的开关信号的干扰。良好的布局可以减少这种EMI干扰，而不良的布局可能会产生较大的纹波，甚至会导致电源无法正常工作。
以下是通过元件放置和PCB布局实现更好的EMI性能的一些技巧：
- 将输入滤波电容靠近IC放置（图10）。
图十：输入电容靠近IC放置，电磁场更小
- 使用屏蔽电感
- 使用小的SW pad布局（图11）
- IC GND与系统GND使用单点连接
- 保持输入地和GND之间的连接尽可能短和宽
- 通过多个过孔或宽走线将VCC电容的接地连接到IC的接地
- 输入电容与IN引脚之间的连线尽可能宽且短
- 确保所有的反馈都直接连接且连线短
- 反馈电阻和补偿器件都尽可能的靠近芯片
- 将SW信号远离敏感的模拟信号，例如FB信号
针对消费电子及射频敏感类应用的优化
在这个电子设备遍布的世界中，从家用电器到消费电子产品和对射频敏感的设备（例如车库门开启器和警报系统），EMI现象都可能导致系统出现不必要的交互和操作问题。 MP2317系列通过优化EMI性能来解决此问题，同时MP2317系列拥有简单的封装且支持使用单层PCB板进行设计使制造更加简单和经济。
MP2317系列可以用作次级侧DC / DC变换器（图12）。
图十二：在空调中的应用
MP2317系列的主要特点：
- 7.5V 到26V大范围输入电压
- 150uA小静态电流
- 出色的负载线路调整率以及瞬态响应（图15）
- 效率最高可达96%，在12V转5V/20mA时，效率可达80%（图13）
- 全面的保护（过温保护OTP，低压保护UVLO，过流保护OCP）以提高可靠性和使用寿命
图十三：MP2317效率图
图十四：MP2317（U1）单层板布局图
(测试条件: VIN = 12V, VOUT = 5V)
图十五：MP2317 快速负载瞬态响应
(测试条件: VIN = 12V, VOUT = 5V, L = 10μH)
结论：
除了对电路的可靠性有着至关重要的EMI优化问题之外，电路的制造简便性也很重要。MPS的1A / 2A / 2.5A 26V高效开关稳压器--MP2317，MP2344和 MP2345系列，采用了小型6引脚SOT23封装和大引脚间距（0.95mm），这种封装方式能够使用单层PCB进行布局， 以此简化制造工艺以节省制造成本。 这个系列三个不同电流值的开关稳压器使用同一种封装且互相Pin-to-Pin兼容，系统工程师无需更改PCB即可灵活切换到不同电流值的开关稳压器上，从而节省设计时间和成本。
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