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2018.11.22 開關雜訊-EMC

開關電源產生的雜訊

EMC基礎

本文將探討實際的開關電源產生的雜訊。

開關電源產生的雜訊

首先,使用同步整流型降壓DC/DC轉換器的等效電路來瞭解一下開關電流的路徑。

SW1為高側開關,SW2為低側開關。SW1導通(SW2為OFF)時,電流路徑是從輸入電容到SW1、再經由電感L到輸出電容。SW2導通(SW1為OFF)時,電流路徑是從SW2經由L再到輸出電容。下圖表示這些電流路徑的差分,每當開關ON/OFF時,紅色線路的電流都會急劇變化。該環路的電流變化非常劇烈,所以會因PCB板佈線電感而在環路內會產生高頻振鈴。

圖中表示構成電源電路的外接零件、打件多層電路板的寄生分量及振鈴的關係。

紅色部分標出的是上圖所表示的電流在急劇變化的環路中的寄生分量。佈線中存在佈線電感,通常每1mm有1nH左右的電感。另外,電容中存在等效串聯電感ESL,MOSFET的各引腳間存在寄生電容。因此,如紅框內的圖例所示,開關節點將產生100MHz~300MHz的振鈴。所產生的電流及電壓,可通過兩個公式求得。

此振鈴會作為高頻開關雜訊帶來各種影響。雖然有採取相應的措施,但由於無法從電源IC處去除安裝電路板的寄生分量,因此只能通過PCB板佈局設計及採用去藕電容來解決。關於PCB板佈局,在DC/DC轉換器的“PCB板佈局”部分有詳細介紹,請參考。

關於差模雜訊和共模雜訊,請點擊這裡瞭解詳情;關於串擾,在這裡有詳細介紹。關於共模濾波器,將在後續章節進行介紹。

重點:

・在開關時會產生急劇電流ON/OFF的環路中,會因寄生分量產生高頻振鈴=開關雜訊。

・這種開關雜訊可通過最佳化PCB板佈線等來降低,但即使這樣,殘留的雜訊也會作為共模雜訊傳導至輸入電源,因此需要採取防止雜訊漏出的措施。

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