满足电源设计中的EMI标准

当一堆电子元件聚在一起参加聚会时，可能会很吵。如果您想进行一次更安静的聚会，其中没有一个组件的行为会干扰另一个组件的行为，该怎么办？然后，您需要管理电源设计中的电磁干扰 （EMI）。最好尽早这样做——您等待的越晚，EMI 缓解就越具有挑战性且成本越高。毕竟，您不想冒险进行全面的电源重新设计，是吗？


打开搅拌机时收音机发出的失真声音、低空飞行的飞机从头顶飞过时模拟电视屏幕上的线条、微波炉对 WiFi 信号的影响——这些都是我们在日常生活中遇到的 EMI 示例- 日常生活。EMI 可以破坏设备运行的程度从烦人到破坏性不等，具体取决于设计受影响电路的应用（例如，电视与自动化工厂内的可编程逻辑控制器）。这就是为什么有监管机构规定了管理电子设备性能的 EMI 标准。

数字电子设备电磁兼容性的两个关键且非常相似的标准是欧洲的 CISPR 22（由 CISPR：国际无线电干扰特别委员会维护）和美国的 FCC 第 15 部分（由联邦通信委员会维护）。

实现首次通过 EMI 成功

每个系统工程师都希望获得一次通过 EMI 的成功。通过精心规划的电源解决方案，这是可能的。什么是精心策划的电源解决方案？合适的滤波器、低 EMI 组件、低 EMI 电源稳压器 IC 和/或低 EMI 电源模块，以及良好的 PCB 布局和屏蔽技术都是其中的一部分。

CISPR 22 EMI 规范（在欧洲通常称为 EN 55022）涵盖：

B 类：用于家庭环境并满足 CISPR 22 B 类排放要求的设备、装置和装置

A 类：不符合 CISPR 22 B 类排放要求但符合不太严格的 CISPR 22 A 类排放要求的设备、装置和装置。A 类设备应有以下警告：“这是 A 类产品。在家庭环境中，此产品可能会造成无线电干扰，在这种情况下，用户可能需要采取适当的措施。

EMI 测试评估传导和辐射发射。传导发射测试在 150kHz-​30MHz 频率范围内进行，而辐射发射测试在更高的 30MHz-1GHz 射频范围内进行。

现在，作为一个用例，让我们看一下开关电源以及我们如何减轻它们的噪声源。这些类型的电源会产生电磁能量和噪声（传导和辐射），并且还会受到来自外部攻击者的电磁噪声的影响。传导发射主要由转换器输入端快速变化的电流形状 （di/dt） 驱动。辐射 EMI 是快速变化的磁场（由电路的电流回路产生），具有 30MHz 及以上的高频成分。如果没有适当的滤波或屏蔽，这些场的变化可能会耦合到附近的其他电路和/或设备，从而触发辐射 EMI 效应。

降低 EMI 的常用方法

降低 EMI 的常用技术包括线路滤波、电源设计、适当的 PCB 布局和屏蔽。使用线路滤波方法，放置在输入源和电源转换器之间的 π 滤波器可减少电源转换器的传导发射。至于电源设计，在降压转换器中，输入端的快速 di/dt 电流边沿会在规定的传导范围内产生高频谐波 EMI。如果你保持这些电流回路的面积很小，你会最小化场强。如果减慢这些边沿，则会降低开关稳压器的高频谐波含量；然而，由于能量浪费，缓慢的转换会影响调节器的效率。在连续导通模式下运行的升压转换器表现不同。

这里，升压转换器在其输入端的传导 EMI 分量较少，因为输入电流比降压转换器更连续。从 PCB 布局的角度来看，可以考虑各种最佳实践来最大限度地减少 EMI 噪声源，包括最大限度地减少高 di/dt 电流环路和使用法拉第屏蔽。通过练习良好的 PCB 布局方法，您可以在不影响电源转换器效率的情况下通过减慢开关边沿来满足 EMI 标准。使用具有低 EMI 的电源组件（如电感器）、电源稳压器和电源模块也会产生积极影响。马克西姆 包括最小化高 di/dt 电流环路和使用法拉第屏蔽。通过练习良好的 PCB 布局方法，您可以在不影响电源转换器效率的情况下通过减慢开关边沿来满足 EMI 标准。

使用具有低 EMI 的电源组件（如电感器）、电源稳压器和电源模块也会产生积极影响。马克西姆 包括最小化高 di/dt 电流环路和使用法拉第屏蔽。通过练习良好的 PCB 布局方法，您可以在不影响电源转换器效率的情况下通过减慢开关边沿来满足 EMI 标准。使用具有低 EMI 的电源组件（如电感器）、电源稳压器和电源模块也会产生积极影响。马克西姆Himalaya 稳压器和Himalaya 功率模块系列采用低 EMI 功率电感器，并采用良好的 PCB 布局实践进行设计。使用这些 Himalaya 解决方案时，您无需担心合规性，因为 Maxim 已经完成了 IC、模块和示例参考布局的所有工作，因此您可以以最优成本通过 CISPR 22 （EN 55022）。

审核编辑：郭婷