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印刷电路板布局决定着所有电源的成败,决定着功能、电磁干扰(EMI)和受热时的表现。开关电源布局不是魔术,并不难,只不过在最初设计阶段,可能常常被忽视。然而,因为功能和EMI要求都要必须满足,所以对电源功能稳定性有益的安排也常常有利于降低EMI辐射,那么晚做不如早做。还应该提到的是,从一开始就设计一个良好的布局不会增加任何费用,实际上还可以节省费用,因为无需EMI滤波器、机械屏蔽、花时间进行EMI测试和修改PC板。

此外,当为了实现均流和更大的输出功率而并联多个DC/DC开关模式稳压器时,潜在的干扰和噪声问题可能恶化。如果所有稳压器都以相似的频率工作(开关),那么电路中多个稳压器产生的总能量就会集中在一个频率上。这种能量的存在可能成为一个令人担忧的问题,尤其是如果该PC板以及其他系统板上其余的IC相互靠得很近,易于受到这种辐射能量影响时。在汽车系统中,这一问题可能尤其麻烦,因为汽车系统是密集排列的,而且常常靠近音频、RF、CAN总线和各种雷达系统。

应对开关稳压器噪声辐射问题

在汽车环境中,常常在重视散热和效率的区域采用开关稳压器来取代线性稳压器。此外,开关稳压器一般是输入电源总线上的第一个有源组件,因此对整个转换器电路的EMI性能有显著影响。

EMI辐射有两种类型:传导型和辐射型。传导型EMI取决于连接到一个产品的导线和电路走线。既然噪声局限于方案设计中特定的终端或连接器,那么通过前述的良好布局或滤波器设计,常常在开发过程的早期,就可以保证符合传导型EMI要求。

然而,辐射型EMI却另当别论了。电路板上携带电流的所有组成部分都辐射一个电磁场。电路板上的每一条走线都是一个天线,每一个铜平面都是一个谐振器。除了纯正弦波或DC电压,任何信号都产生覆盖整个信号频谱的噪声。即使经过仔细设计,在系统接受测试之前,设计师也永远不会真正知道辐射型EMI将有多么严重。而且在设计基本完成以前,不可能正式进行辐射EMI测试。

滤波器可以在某个频率上或整个频率范围内衰减强度以降低EMI。部分能量通过空间(辐射)传播,因此可增设金属屏蔽和磁屏蔽来衰减。而在PCB走线上(传导)的那部分则可通过增设铁氧体磁珠和其他滤波器来加以控制。EMI不可能彻底消除,但是可以衰减到其他通信及数字组件可接受的水平。此外,几家监管机构强制执行一些标准以确保符合EMI要求。