辐射整改之磁珠在BUCK电路中的应用

 

一前言

作为常用的电源转换模块之一，BUCK降压电路在很多电子产品中都有应用，是常见的EMI辐射发射超标问题源之一，也是我们平时整改过程中经常会遇到的。

今天我们一起来看下如何利用磁珠整改这类问题。

二降压电路辐射原理

常见的BUCK应用电路如下图所示：

当电路中的MOS开关管动作时，PWM方波的高次谐波噪声就能通过输入输出走线向外传导，如下图：

为了抑制这类沿电源线的高频噪声，一般选择在BUCK电源的输入输出端增加磁珠滤波，如下图所示：

但是在实际应用中，我们会发现，即使在输入输出端已经做了足够的滤波，但是BUCK电路的EMI噪声还是很高，这时候该怎么办呢？我们进一步分析噪声：根据电磁学理论，变化的电场产生变化的磁场，所以EMI的来源就是变化的电场，而电路中变化的电场主要有以下两个因素：

di/dt

dv/dt

对于di/dt，BUCK电路主要有两个高频电流回路，如下：

如果我们能抑制di/dt，那么我们也就能抑制部分噪声辐射，回路①是主电源回路，增加滤波器件可能造成功率损耗，可以尝试在回路②做滤波，一般高频di/dt噪声考虑用磁珠进行抑制，如下图：

三应用案例

接到客户一个车载仪表盘项目整改需求，经过摸底后部分数据如下：

通过将数据展开，可以发现数据在160M附近有很多密集的频点，频点之间的间隔在500KHz左右，而电路上与这个频率相对应的就是主电源的12V转5V降压电路。我们试过在输入输出增加磁珠以及高频电容滤波，并没有起到明显改善的效果，所以干扰不一定是通过电源输入输出走线辐射出去的。接下来用示波器抓取SW引脚的波形，看是否存在过冲现象，有过冲的话意味着存在较大的dv/dt，实际抓取波形如下：

如果存在过冲，一般考虑在SW引脚做RC吸收电路进行抑制，不过这里并没有过冲。接下来我们试下在电感续流回路上加磁珠抑制高频电流di/dt的效果，同样用示波器抓取SW引脚波形，如下图所示：

从上图可以看出，由于磁珠的存在，当有瞬态电流流过时，会有V=Ldi/dt，电压波形出现了波动。（如果实测波形有测到过冲的出现，可以考虑在这里增加RC电路作吸收。）我们来看下实际辐射测试数据：

从数据上看，效果很明显，在160MHz附近密集的频点都被抑制下来了，剩余的其他频点经排查，是另一个高速SOC芯片的，将这个芯片关闭后，数据如下：

至此，关于该电路的BUCK降压部分辐射问题已经整改完毕。

四总结

在BUCK降压电路中，对于高频电流di/dt，一般优先考虑最小化电流回路设计，同时在端口处预留滤波器件位置。在本文中，小编尝试在续流回路中增加磁珠滤波，能够抑制di/dt，从而达到抑制EMI的效果。为了降低对电路的影响，磁珠选型时阻抗和DCR应尽量选择小一些。