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电子产品:开关电源系统EMI-30MHZ黑带案例分析

导读: 对于开关电源系统30MHZ左右EMI问题是众多方案设计者的魔咒,对于大多数应用者来说:称之为黑带频段。EMI-传导问题XDJM反馈说,根据您的EMI滤波器设计法则确实解决了我们的EMI-传导问题。但是经常会出现30MHZ-50MHZ 特别是30MHZ的EMI-辐射问题难以摆脱。

对于开关电源系统30MHZ左右EMI问题是众多方案设计者的魔咒,对于大多数应用者来说:称之为黑带频段。EMI-传导问题XDJM反馈说,根据您的EMI滤波器设计法则确实解决了我们的EMI-传导问题。但是经常会出现30MHZ-50MHZ 特别是30MHZ的EMI-辐射问题难以摆脱。我用具体的案例来深度解析一下中功率系统的双反激电源的30MHZ左右的EMI-辐射问题。

如上图测试数据;这个方案的设计者差不多将FLY的MOS驱动电阻及MOS-DS间增加电容及系统的Y电容进行了长时间的整改设计;实验结果在35MHZ的包络仍然超标。在请求我的指导时候,电路板他们已经PCB进行了2-3轮的改版;我拿到设计资料在EMI实验室给他们进行了理论的噪声源分析同时结合他们的实际产品结构一次整改就通过测试。(客户评价:你太神奇了)如下测试数据:

根据我多年的开关电源设计经验和对EMI的设计分析,如果30MHZ左右对大多数的设计来说有很高几率出现那这个30MHZ的频率一定是由器件寄生参数及回路的谐振而产生,如果是谐波分量的F=1/(ЛTr)的机制出现几率就会不被关注了。

注意:

30MHZ以后随着频率的升高差模成分呈递减趋势;共模成分呈递增趋势。

以下是我对有PFC电路的30MHZ-100MHZ EMI-辐射的Issue研究:

对于无PFC电路设计的双反激的30MHZ的EMI-辐射案例分析Data如下:

A.系统的EMI滤波电路

B.FLY-1电路-12V/4A

C.FLY-2电路-40V/60V/1A

从电路的基本架构和参数的设计对可能的EMI问题都有预留设计;但实际的整改设计时都有充分的对比测试结果;

因此我先来分析计算上面的基本电路结构进行= 30MHZ的谐振参数理论计算&同时注意目前开关MOS的寄生电容参数,通过我下面的计算数据我们就能得到答案。

30MHZ的谐振参数分析1

30MHZ的谐振参数分析2

FLY-1的实际变压器参数数据测试:

实测变压器的漏感=3uH 左右。

FLY-2的实际变压器参数数据测试:

实测变压器的漏感=5uH 左右。

FLY-1&FLY-2的方案设计使用同样型号的MOS-TK6A60D;MOS-DS。

其特性的参数值参考其规格书中的曲线图如下:

开关MOS关断时;其VDS的电压设计值在520V左右;其Coss也就几个PF左右。

30MHZ-40MHZ的谐振参数分析3

30MHZ-40MHZ的谐振参数分析4

30MHZ-40MHZ的谐振参数分析5

…请运用上面的参数进行递推 同时查看使用的开关MOS的电容参数曲线图。

通过上面的谐振参数的分析:

对一定功率等级的变压器电感设计;

30MHZ相当于3-5uH的漏感 与 6-10PF的开关管的结电容的谐振。

PCB电源MOS管主环路的设计;

30MHZ-40MHZ相当于20-30nH的走线电感与开关管VDS的输出电容500PF-900PF的谐振。

D.PCB电源板布局及走线设计如下图:

由此可以得出:开关电源为什么/EMI-30MHZ前后超标几率高的问题。目前我们使用的开关MOS的寄生参数(器件选择)。开关管采样回路PCB走线的长度(1mm布线1mm走线近似1nH)都不知不觉的落到我们的谐振频率30MHZ-40MHZ左右,并且是包络性超标;因此我们能从理论上分析清楚EMI-黑带的产生机理对于EMI的问题就变的简单,从而能大幅度的降低设计成本,因此请大家关注,30MHZ是单点的超标是时钟的可能性就比较大。

任何的EMC问题及疑难杂症;先分析再设计才是高性价比的设计。

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