開(kāi)關(guān)電源的布局對于電源電路設計至關(guān)重要，它決定著(zhù)所有電源的成敗，以及電磁干擾(EMI)和功能的表現。很多新手朋友們在最初的設計階段，可能常常會(huì )忽視這一問(wèn)題，然而，功能和EMI要求都必要要滿(mǎn)足，所以對電源功能穩定性有益的安排也常常有利于降低EMI輻射，本文就將針對汽車(chē)電子這一領(lǐng)域解析EMI輻射的設計要點(diǎn)。
當為了實(shí)現均流和更大的輸出功率而并聯(lián)多個(gè) DC/DC 開(kāi)關(guān)模式穩壓器時(shí)，潛在的干擾和噪聲問(wèn)題可能惡化。如果所有穩壓器都以相似的頻率工作 (開(kāi)關(guān))，那么電路中多個(gè)穩壓器產(chǎn)生的總能量就會(huì )集中在一個(gè)頻率上。這種能量的存在可能成為一個(gè)令人擔憂(yōu)的問(wèn)題，尤其是如果該 PC 板以及其他系統板上其余的IC相互靠得很近，易于受到這種輻射能量影響時(shí)。在汽車(chē)系統中，這一問(wèn)題可能尤其麻煩，因為汽車(chē)系統是密集排列的，而且常?？拷纛l、RF、CAN 總線(xiàn)和各種雷達系統。
應對開(kāi)關(guān)穩壓器噪聲輻射問(wèn)題
在汽車(chē)環(huán)境中，常常在重視散熱和效率的區域采用開(kāi)關(guān)穩壓器來(lái)取代線(xiàn)性穩壓器。此外，開(kāi)關(guān)穩壓器一般是輸入電源總線(xiàn)上的第一個(gè)有源組件，因此對整個(gè)轉換器電路的 EMI 性能有顯著(zhù)影響。
EMI 輻射有兩種類(lèi)型：傳導型和輻射型。傳導型 EMI 取決于連接到一個(gè)產(chǎn)品的導線(xiàn)和電路走線(xiàn)。既然噪聲局限于方案設計中特定的終端或連接器，那么通過(guò)前述的良好布局或濾波器設計，常常在開(kāi)發(fā)過(guò)程的早期，就可以保證符合傳導型 EMI 要求。
然而，輻射型 EMI 卻另當別論了。電路板上攜帶電流的所有組成部分都輻射一個(gè)電磁場(chǎng)。電路板上的每一條走線(xiàn)都是一個(gè)天線(xiàn)，每一個(gè)銅平面都是一個(gè)諧振器。除了純正弦波或 DC 電壓，任何信號都產(chǎn)生覆蓋整個(gè)信號頻譜的噪聲。即使經(jīng)過(guò)仔細設計，在系統接受測試之前，設計師也永遠不會(huì )真正知道輻射型 EMI 將有多么嚴重。而且在設計基本完成以前，不可能正式進(jìn)行輻射 EMI 測試。
濾波器可以在某個(gè)頻率上或整個(gè)頻率范圍內衰減強度以降低 EMI。部分能量通過(guò)空間 (輻射) 傳播，因此可增設金屬屏蔽和磁屏蔽來(lái)衰減。而在 PCB 走線(xiàn)上 (傳導) 的那部分則可通過(guò)增設鐵氧體磁珠和其他濾波器來(lái)加以控制。EMI 不可能徹底消除，但是可以衰減到其他通信及數字組件可接受的水平。
采用表面貼裝技術(shù)的新式輸入濾波器組件的性能好于通孔組件。不過(guò)，這種改進(jìn)被開(kāi)關(guān)穩壓器開(kāi)關(guān)工作頻率的提高抵消了。更快速的開(kāi)關(guān)轉換產(chǎn)生了更高的效率、很短的最短接通和斷開(kāi)時(shí)間，因此產(chǎn)生了更高的諧波分量。在開(kāi)關(guān)容量和轉換時(shí)間等所有其他參數保持不變的情況下，開(kāi)關(guān)頻率每增大一倍，EMI 就惡化 6dB。寬帶 EMI 的表現就像一個(gè)一階高通濾波器一樣，如果開(kāi)關(guān)頻率提高 10 倍，就會(huì )增加 20dB 輻射。
有經(jīng)驗的 PCB 設計師會(huì )將熱點(diǎn)環(huán)路設計得很小，并讓屏蔽地層盡可能靠近有源層。然而，器件引出腳配置、封裝構造、熱設計要求以及在去耦組件中存儲充足的能量所需的封裝尺寸決定了熱點(diǎn)環(huán)路的最小尺寸。使問(wèn)題更加復雜的是，在典型的平面印刷電路板中，走線(xiàn)之間高于 30MHz 的磁或變壓器型耦合將抵消所有濾波器的努力，因為諧波頻率越高，不想要的磁耦合就變得越加有效。
