电源EMC专辑：2400字解读“Buck电路的EMI高风险区”

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前面写过一些emc相关的文章，感觉放在“器件应用”专辑中不太合适，所以专门做一个“电源EMC解析”的付费专辑。这里会专门探讨电源相关EMC的设计和解析。

这篇文章在之前发过，现在重新发一次并收录在EMC专辑内。

之前在公众号发了一张关于“Buck电路的EMI高风险区”的手绘图，有同学私信我让讲讲为啥是高风险区，说明这位同学确实在思考，才有自己的疑惑。既然如此，那我们今天就聊一聊这个问题。



一道问题


照例，先抛出来一道问题：如上图Buck电路所示，同属于Buck电路的电流回路，为什么蓝色区域不是的EMI高风险区？

要搞清楚这个问题，重点在于弄清楚背后的逻辑。在硬件岗位的面试过程中，这个问题大概率是遇不到的，但是这对我们硬件设计和EMC调试却是至关重要。所以，我们有必要细聊一下。


两个电流环


我们重温下到Buck电路的电流环路。

①当上管Q-HS导通，下管Q-LS关断时，电流环路为从Vin正极-->Q-HS-->L-->Cout/Rload-->Vin负极。此时的Q-HS中的电流波形为：



②当上管Q-HS关断，下管Q-LS导通时，电流环路为L-->Cout/Rload-->Q-LS-->L。此时的Q-LS中的电流波形为：




上述两个环路中，Q-HS和Q-LS电流都是不连续的，都存在电流激增和骤降的过程，具有很高的di/dt。波形的上升沿时间Tr越短，变化率越大，蕴含的高次谐波分量就越多。高di/dt，就会产生高次谐波分量。
前方高能！

这些高频分量，结合器件和PCB的寄生电容和分布电感在恰当的时机发生谐振，能量被妥妥地放大Q倍（品质因数），再利用寄生电容提供的传输通路，高频噪声就这样被LISN或其他设备接收到，测试就这样fail了。

如果对上面说的“放大Q倍”不了解的同学，可以查看“振铃系列”文章《信号振铃遇到过没？来聊聊为啥(终结篇) -- 消除振铃》，共5篇哈。不要偷懒，相信认真读完后，你必然会有收获！



上面说的是紫色区域，我们再看下蓝色区域。由于两个环路都流经了电感L和负载Cout/Rload，电感L中的电流是两个电流环重叠部分的累加，波形为：



从波形上看，电感L中的电流是连续的。虽然电流一直在波动，但是没有出现激增和骤降的突变点，没有高di/dt，则高频分量就少很多。



一个开关节点



上节说了两个电流环中存在高di/dt部分，会存在高频分量。这里再说下电压部分，在紫色区域同样存在高dv/dt。

我们看下SW节点波形，如下图所示：




标准的矩形波，电压波形跳变具有明显的激增和骤降，存在高dv/dt，高频分量饱和程度也是拉满。结合上节提到的寄生电容和分布电感，给共模噪声的产生做了巨大贡献。SW节点电压跳变所产生的高dv/dt就是共模噪声的源头。

上述两点都是在紫色区域发生，而不是在蓝色区域。所以紫色区域至关重要。

你以为这样就结束了？当然不是!
这才是今天要聊的4点中的前2点。这两点在EMC设计中时常被提及的，但是还有两点，也要需要重点考虑，却经常被人遗忘。如果考虑不周，轻则修改电路参数，重则PCB直接要改版。

后面2点，或许就是年薪30万和年薪40万的硬件工程师的区别之一。

本条内容来自微信公众号“  硬件微讲堂 ”，由“杜对仕”选编。如有任何反馈，请留言给我们。

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