正确的电路板布板降低开关模式转换器的EMI

当今几乎所有的电子系统中都用到了开关模式DC-DC转换器，该器件功率转换效率较高，得到了普遍应用。然而，它也有噪声大和不稳定的缺点，很难通过EMI认证。这些问题大部分源自元件布局(不包括元件质量差的情况)和电路板布板。一个完美的专业设计可能会因为电路板的寄生效应而遭到淘汰。良好的布板不但有助于通过EMI认证，还可以帮助实现正确的功能。为理解这一问题，需要回顾EMI规范，确定一个典型DC-DC转换器的潜在EMI来源。我们选择降压转换器作为一个例子(可直接应用于升压转换器，也可以方便的应用于其他结构)。本文给出DC-DC转换器的基本布板指南，以及一个实际例子。

EMI规范描述了频域通过测试/失效模板，分为两个频率范围。在150kHz至30MHz低频段，测量线路的交流传导电流。在30MHz至1GHz高频段，测量辐射电磁场。电路节点电压产生电场，而磁场由电流产生。存在问题最大的是阶跃波(例如，方波)，产生的谐波能够达到很高频率。

为了确定EMI辐射源，我们先研究图1a中降压转换器1的原理图。开关电源工作时，晶体管Q1和Q2作为开关，而不是工作在线性模式。晶体管的电流和电压均类似于方波，但是相位不一致，以降低功耗。

图1a. 在该降压转换器原理图中，互补驱动信号控制开关晶体管Q1和Q2，使其工作在开关状态下，以达到较高的效率。

在图1b中，开关节点电压VLX以及晶体管电流I1和I2为方波，具有高频分量。电感电流I3是三角波，也是可能的噪声源。这些波形能够实现较高的效率，但是从EMI的角度看，却存在很大问题。

图1b. 降压转换器的电流和电压波形。开关晶体管电流I1和和I2，以及开关节点电压VLX接近方波，是可能的EMI辐射源。

一个理想的转换器不会产生外部电磁场，只在输入端吸收直流电流。开关动作限制在转换器模块内部。电路设计人员和布板工程师应负责保证达到这一目标：

LX节点产生电场辐射，所有其他节点的电压保持不变。缩小节点面积，并在邻近设置地平面可以直接限制该电场(电场会被该平面吸收)。但是也不能太近，否则会增加杂散电容，降低效率，导致LX电压振铃。节点太小产生串联阻抗，也应避免这种情况。