DC-DC轉換器是通信系統的動(dòng)力之源，已在通信領(lǐng)域中達到廣泛應用。由于具有高頻率、寬頻帶和大功率密度，它自身就是一個(gè)強大的電磁干擾（EMI）源，嚴重時(shí)會(huì )導致周?chē)碾娮釉O備功能紊亂，使通信系統傳輸數據錯誤、出現異常的停機和報警等，造成不可彌補的后果；同時(shí)，DC-DC轉換器本身也置身于周?chē)姶怒h(huán)境中，對周?chē)碾姶鸥蓴_也很敏感（EMS），如果沒(méi)有很好的抗電磁干擾能力，它也就不可能正常工作。因此，營(yíng)造一種良好的電磁兼容（EMC）環(huán)境，是確保電子設備正常工作的前提，且也成為電子產(chǎn)品設計者的重要考慮因素。

DC-DC轉換器EMC特點(diǎn)

    DC-DC轉換器具有體積小、功率密度大、工作頻率高等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)直接導致電源內部電磁環(huán)境復雜，同時(shí)也帶來(lái)了一系列高頻EMI的問(wèn)題，產(chǎn)生的干擾對電源本身和周?chē)娮迎h(huán)境帶來(lái)很大的影響。為滿(mǎn)足日趨嚴格的國際電磁兼容法規，DC-DC轉換器的EMC設計已經(jīng)成為電源設計中的首要問(wèn)題之一。

    DC-DC轉換器的EMC問(wèn)題主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)： DC-DC轉換器作為工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的能量轉換裝置，產(chǎn)生的干擾強度較大；干擾源主要集中在功率開(kāi)關(guān)器件以及與之相連的鋁基板和高頻變壓器；由于DC-DC轉換器與其它電子電路相連緊湊，產(chǎn)生的EMI很容易造成**影響。

    DC-DC轉換器的共模干擾信號(CM)和差模干擾信號(DM)的分布圖如圖1所示。這是分析干擾信號特性十分有用的列線(xiàn)圖。如果設備在某段頻率范圍內有傳導干擾電平超標，查閱該圖可得出是哪一種類(lèi)型的傳導干擾信號占主導地位，從而指導改變EMI濾波器的網(wǎng)絡(luò )結構及參數等相應措施加以解決。

DC-DC轉換器的EMC設計

屏蔽和接地

    屏蔽能有效地抑制通過(guò)空間傳播的電磁干擾。采用屏蔽的目的有兩個(gè)：一是限制內部的輻射電磁能越過(guò)某一區域；二是防止外來(lái)的輻射進(jìn)入某一區域。屏蔽是解決DC-DC轉換器EMC問(wèn)題的手段之一，目的是切斷電磁波的傳播途徑，主要是做好DC-DC轉換器的機殼密封性屏蔽。接地的要點(diǎn)是電位相同、內部電路不互相干擾、抵御外來(lái)干擾。盡量減少導線(xiàn)電感引起的阻抗，增加地環(huán)路的阻抗，減少地環(huán)路的干擾。

軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

    應用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān)與零電流開(kāi)關(guān)運行可以大大減小功率器件的di/dt和dv/dt。即功率管能在零電壓下導通和零電流下關(guān)斷，若同時(shí)快速二極管也采用軟關(guān)斷，則可以大幅度降低DC-DC 轉換器的EMI水平。

優(yōu)化緩沖電路

    在開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)電路中添加緩沖電路也可以有效減少電路中的di/dt和dv/dt，從而減少EMI干擾源。緩沖電路延緩功率開(kāi)關(guān)器件的導通、關(guān)斷過(guò)程，從而降低DC-DC 轉換器的EMI水平。對于相同型號的開(kāi)關(guān)管，在其他條件相同只是驅動(dòng)緩沖電路不同的情況下由試驗來(lái)決定。

    例如中轉換器A采用無(wú)驅動(dòng)緩沖電阻的驅動(dòng)電路；轉換器B則采用了150Ω驅動(dòng)緩沖電阻反并聯(lián)二極管的驅動(dòng)電路。通常開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的dv/dt要比開(kāi)通時(shí)小很多，對DC-DC 轉換器的EMI水平影響較小。反向并聯(lián)有二極管，這樣開(kāi)通速度可以減慢，而關(guān)斷速度不受影響，可以*大限度地保證原有的整機效率不受影響。

    實(shí)驗證明轉換器B中開(kāi)關(guān)管開(kāi)通速度要比轉換器A慢很多，轉換器B開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)VDS的 dv/dt 為2V/nS左右，而轉換器A開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)VDS的dv/dt為5V/nS左右，要大很多?？梢?jiàn)增加適當的驅動(dòng)電阻并優(yōu)化驅動(dòng)電路，可以顯著(zhù)的減小電路中的di/dt和dv/dt，降低電源DC-DC 轉換器的EMI水平。

    EMI輻射發(fā)射試驗進(jìn)一步驗證開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)緩沖電阻大小對整個(gè)DC-DC轉換器EMI水平的影響。圖2為轉換器B采用非夾繞變壓器時(shí)，當驅動(dòng)電阻取值為1Ω和47Ω（反向并聯(lián)有二極管）時(shí)的輻射干擾?？梢钥闯鲈龃篁寗?dòng)電阻后，30MHz和接近200MHz的頻點(diǎn)各有3_5dB的明顯改善。  

因此得出結論是，單靠提高開(kāi)關(guān)速度來(lái)提高DC-DC轉換器效率是不可取的。于是，如何選擇合適的驅動(dòng)電路參數、不斷地優(yōu)化驅動(dòng)電路的設計，在提高DC-DC轉換器的EMC性能的同時(shí)又保證總效率等其他參數指標不受到大的影響，是近年來(lái)發(fā)展的一個(gè)新方向。例如，在驅動(dòng)電路中保留驅動(dòng)電阻的同時(shí)加入推挽電路以代替二極管，這樣就可以方便地分別調節控制開(kāi)和關(guān)的速度，再權衡EMC性能和總效率指標的關(guān)系，以達到*理想的效果。

 濾波技術(shù)

    DC-DC轉換器的EMI濾波器是由電感、電容等構成的無(wú)源雙向多端口網(wǎng)絡(luò )。實(shí)際上它起兩個(gè)低通濾波器的作用，一個(gè)衰減共模干擾，另一個(gè)衰減差模干擾。它能在阻帶（通常大于10KHz）范圍內衰減射頻能量而讓工頻無(wú)衰減或很少衰減地通過(guò)。EMI濾波器是DC-DC轉換器設計工程師控制傳導電磁干擾和輻射電磁干擾的優(yōu)選工具。

    濾波器對EMI信號的損耗叫插入損耗。顯然，測量濾波器的插入損耗曲-頻率線(xiàn)，可檢驗它對EMI的濾波效果。

DC-DC轉換器的EMC濾波電路應該滿(mǎn)足以下設計原則：

· 雙向濾波

DC-DC轉換器的EMI濾波器實(shí)質(zhì)上是一種雙向低通濾波器，既要抑制DC-DC轉換器產(chǎn)生的從轉換器傳入電源（或電網(wǎng)）的EMI信號，防止它污染電磁環(huán)境、危害其他設備。又要抑制或消除電源（或電網(wǎng)）存在的從電源（或電網(wǎng)）傳入轉換器的EMI信號，保護DC-DC轉換器正常工作；

· 阻抗失配

源內阻是高阻(低阻)的，則濾波器輸入阻抗就應該是低阻(高阻)的；負載是高阻(低阻)的，則濾波器輸出阻抗就應該是低阻(高阻)的；這里的阻抗失配是相對要抑制的干擾頻率而言，對正常工作的信號頻率應該阻抗匹配。

· CM和DM同時(shí)抑制

由于DC-DC轉換器的工作頻率基本都在幾百KHz，根據以往各型號產(chǎn)品的EMC檢測試驗經(jīng)驗，一般情況下DC-DC轉換器的EMI超標頻段都會(huì )覆蓋0.1_1MHz頻段的一部分或全部范圍。根據圖1所示的分布原理，我們通常要采取有重點(diǎn)地對CM和DM同時(shí)抑制的原則。

印制電路板的EMC設計

    由于PCB更改與相應的傳導、輻射騷擾的測試較為復雜，且在時(shí)間和成本上也存在困難，因此進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的PCB對EMC影響的試驗較為困難，這里只能根據一般原理以及多年從事電源設計所積累的經(jīng)驗給出DC-DC轉換器PCB設計時(shí)需要注意的地方（主要針對降低DC-DC轉換器對外的EMI）。

· 設計PCB時(shí)首先考慮好布局，特別是變壓器和輸出濾波電感的合理放置。強脈沖信號線(xiàn)（dv/dt大）的走線(xiàn)要盡量短，它們是典型的發(fā)射天線(xiàn)；導線(xiàn)不要突然拐角。

· 合理放置原邊開(kāi)關(guān)管、輸入濾波電容、濾波電感，使得濾波電容、變壓器原邊繞組、開(kāi)關(guān)管構成的回路面積盡量減小，DC-DC轉換器中專(zhuān)門(mén)有完整地層，其余信號線(xiàn)、功率線(xiàn)均在其它層上走線(xiàn)，使環(huán)路面積*??；合理擺放副邊整流濾波電路。

· 開(kāi)關(guān)管和整流管上如有較強高頻尖刺，應當就近布置吸收電路。

· 注意控制電路和功率電路的單點(diǎn)接地，同時(shí)在靠近脈沖電路負載的部位如PWM芯片VCC引腳添加去耦電容。

· 所有的功率器件，當與散熱器絕緣連接時(shí)，其管芯均與散熱器間存在分布電容，適當的分離不同級間的散熱器連接方式，可以有效的減小兩級電路間的容性耦合，減小電磁干擾，多層板式結構優(yōu)于鋁基板式結構就是這個(gè)原因。

    實(shí)踐證明，上述印制電路板EMC設計，對開(kāi)關(guān)DC-DC轉換器的EMC性能有較大的影響。在印制板設計階段，工程技術(shù)人員由于缺乏有效的手段，往往只能采用試探方法，一旦開(kāi)關(guān)DC-DC轉換器不能通過(guò)有關(guān)EMC標準，就需要重新設計印制板。往往為此付出沉重的代價(jià)。

結語(yǔ)

    本文對DC-DC轉換器的EMC設計進(jìn)行了簡(jiǎn)單的歸納和分析，從五個(gè)方面討論了DC-DC轉換器的EMC設計問(wèn)題。DC-DC轉換器EMC設計的關(guān)鍵是要弄清楚轉換器中EMI產(chǎn)生的機理，有針對性地進(jìn)行抑制和消除。