DC/DC開關電源中的電磁兼容性設計策略

DC/DC開關電源以其高效、體積小等優勢在現代電子產品中占據重要地位。然而，由于開關型器件的快速電壓和電流變化，電磁兼容性測試常遇到問題，影響開發周期和產品上市時間，特別是在復雜的工業環境中。

一、噪聲源的分析與處理

DC/DC開關電源的電磁兼容問題首要在于噪聲源的分析。開關電源中，開關頻率及其諧波是主要干擾源。此外，30 MHz至400 MHz的寬帶干擾頻譜常見于暗室測量，這是由于MOSFET輸出電容CDS、結電容和肖特基二極管的寄生電容及導體走線的寄生電感共同引起的高頻LC振蕩電路。

不同拓撲結構的DC/DC開關電源，其關注點也有所不同。例如，BUCK電路由于輸入端電流的不連續性，含有更多高頻成分，因而輸入端的環路控制及濾波器至關重要。而BOOST電路的重點則在于輸出環路的設計。

二、輸入濾波器的設計

DC/DC開關電源的開關頻率一般在250 kHz到4 MHz之間。LC濾波器適合于控制基波及其高次諧波，理論上每十倍頻可實現最高40 dB的抑制。在實際應用中，通常將濾波器的截止頻率設置為開關頻率的十分之一，以增強抑制效果。

在濾波器設計中，輸入端可能會因負輸入阻抗和LC濾波器電路引發振蕩。解決方法是加入RC串聯電路以降低諧振電路因子Q值，從而減少振蕩。高頻濾波效果的增強可通過加入磁珠實現，但需注意電流對磁珠阻抗的影響。

三、輸出濾波器的設計

輸出端濾波器設計同樣重要，為增強高頻抑制特性，輸出端可加入包含磁珠的濾波器。但應考慮直流電阻RDC對輸出電流的影響，并將濾波器置于反饋網絡內以消除直流壓降的影響。然而，濾波器件可能會帶來相移，影響開關電源的環路穩定性，降低增益裕量和相位裕量。

環路補償是處理環路穩定性問題的主要方法，需掌握自動控制理論知識，并結合實際操作經驗。BOOST電路在環路補償時還需考慮右半平面零點RHPZ的問題。

四、器件選型

電感是DC/DC開關電源中的關鍵器件，選擇合適的電感對開關電源的效率及成本有重要影響。利用REDEXPERT在線平臺，可以快速、精確地選擇合適的電感，并根據不同器件的損耗、溫升及規格參數進行比較。陶瓷電容MLCC因體積小、寄生參數ESL及ESR小而受青睞，但在使用時需考慮電壓偏置及溫度影響。

五、器件布局布線

為降低DC/DC開關電源的傳導發射及輻射發射，器件布局布線需減少環路面積并保證濾波器性能。關鍵措施包括：將關鍵環路器件盡量集中放置，使用短而粗的走線減少寄生感抗，通過單點連接信號地和功率地以減少干擾等。此外，濾波器電路需避免與電路主要部分的容性和感性耦合。

通過以上設計策略，工程師們可以有效解決DC/DC開關電源中的電磁兼容問題，從而縮短開發周期，提升產品性能。