干貨 | 從9個方向講述電源PCB布板與EMC的關系

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2021年6月23日 13:05

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說起開關電源的難點問題，PCB布板問題不算很大難點，但若是要布出一個精良PCB板一定是開關電源的難點之一（PCB設計不好，可能會導致無論怎么調試參數都調試布出來的情況，這么說并非危言聳聽）原因是PCB布板時考慮的因素還是很多的，如：電氣性能，工藝路線，安規要求，EMC影響等等；考慮的因素之中電氣是最基本的，但是EMC又是最難摸透的，很多項目的進展瓶頸就在于EMC問題；下面就從九個方向給大家分享下PCB布板與EMC。

熟透電路方可從容進行PCB設計之EMI電路

有的產品EMC很難在源頭上去處理的，可以采用磁環濾波，當然我這里說的磁環有二個層面的意思，一方面是輸入輸出端的濾波電感，采用不同材質磁環，不同匝數會有對應的效果，還有一方面意思是直接在輸入輸出線上套磁環，有時能起到妙用，但不是在所有場合都能用，起碼還是能作為判斷依據；

上圖藍色和黑色線是輸出正負端，上面套了個磁環，解決了輸出整流管引起的高頻端超出；有些時候端口的干擾在PCB板上加濾波器未必有效果，在輸出線上放磁環就有想不到的效果。

PCB走線之關鍵信號

注意：

1.CS信號（采樣信號）：從采樣電阻R25，R26拉出，注意IC的地線以采樣電阻為基準，采樣電阻的正負差分走線拉倒IC CS腳以及IC 的GND腳。

2.驅動信號從驅動電路拉倒IC驅動引腳，注意不要干擾到CS腳；如圖走線三根線并排走，并且將地線走在驅動先和CS線中間起到一定屏蔽作用；

3.雙面板最好將IC一層鋪地屏蔽，鋪地的網絡一定要從IC GND引出，非關鍵信號GND可直接打過孔，關鍵信號地需要單點接地，直接接IC；

4.FB反饋網絡信號注意查分走線并且單點接IC；

5.RCD吸收網絡不要放在主回路；

6.VCC的整流濾波地需要接主功率地，二級濾波可接IC 地；

7.Y電容走線單獨接，不可與主功率混淆，避免干擾。

主功率及控制部分地接線示意圖

可能很多人看到此圖，云里霧里的，大致介紹下：

1.PFC的驅動和IC共地接PFC管，更具體點是接采樣電阻的地；

2.DC-DC部分的驅動地和控制地接DC開關管部分的采樣地；

3.輔助源部分控制地接輔助源MOS管采樣第，MOS管地再接主功率地；

4.各自IC的供電地通過輔助源EC濾波接IC地，注意RC濾波靠近IC。

總結：注意好各自的單點接地，地線不亂，是走線最重要的地方之一！

電磁場屏蔽機理分析

如圖對照：輸入和輸出的電場干擾可以通過電容傳輸耦合，若增加屏蔽板，則增加了C4的大小，并且C1也會減小，對電場干擾起到衰減的目的。

如圖：磁場屏蔽的特點和磁場不一樣，需要外殼屏蔽，電場只需要平面屏蔽板，故散熱器屏蔽帶來的是電場屏蔽，有的采用外殼封閉式電源則起到了一定磁場屏蔽；

磁場屏蔽原理，磁場通過屏蔽罩會改變磁路，導致磁力線向周圍擴散，中間磁場干擾達到屏蔽目的。

開關器件與EMC

開關器件哪些參數對EMC有重要影響，我們常說快管，慢管是以什么作為參照的呢？我們都知道快管開通損耗小，為了做高效率都喜歡用，但是為了EMC順利通過，不得不舍棄效率，降低開關速度來減弱開關輻射；

對于MOS管，開通速度是由驅動電阻與輸入結電容決定的；關斷速度是由輸出結電容與管子內阻決定；

參照以上兩圖，是不同型號的MOS管，對比下輸入結電容和輸出結電容，2400PF與6800PF;780PF與2200PF；一看就知道第一個規格是快管，第二個是慢管，這時候決定開關速度還要與驅動電阻匹配；常規情況驅動電阻在10R-150R比較多，選取驅動電阻與結電容有關，針對快板驅動電阻可適當增大，慢管驅動電阻可適當減小；

對于二極管，有肖特基二極管，快回復二極管，普通二極管，還有一種用的比較少的SIC二極管，開關速度SIC二極管幾乎為零，等于是沒有反向恢復，開關輻射最小，并且損耗也最小，唯一的缺點就是價格昂貴，故很少用；其次就是肖特基二極管，正向壓降低，反向恢復時間短，依次是快回復和普通二極管；需要在損耗和EMC之間折中；一般可采取改吸收以及套磁珠等措施整改EMC。

EMC之濾波器

濾波器的架構選擇對濾波器的影響很重要，在不同場合，濾波器是根據阻抗匹配來達到濾波效果，大家可根據此圖的原則參考選取如何濾波；比如最常用的輸出整流橋后采用π型濾波以及輸出端采用LC濾波器；

濾波器的材質對設計濾波電感也是至關重要，采用不同初始磁導率的材質會在不同頻率段起作用，選錯材質就完全失去應有的效果。

EMC之反激高頻等效模型分析

先從最簡單的模型理解EMC：

EMC的路徑，當然空間輻射是跟環路有關，環路也是路徑構造成的；分析出反激高頻等效模型，幫助理解EMC形成的機理；我們的測試接收設備會從L,N端接收傳導，為了減小接收的干擾，就必須讓干擾通過地回路流通而不從L,N端口流向接收設備；這時候我們的EMI電感以及Y電容通過阻抗匹配就可以實現；另外原邊的干擾可以通過原副邊Y電容，變壓器雜散電容以及大地耦合到副邊，形成更多的回路；當然一些結電容參數，如MOS管結電容，散熱器結電容也能構成流通路徑。

輻射的形式以及頻率分布