傳導對策及PCB佈線注意事項

開關電源因具有效率高，輸出電壓可調範圍大、損耗小、體積小、重量輕而得到了廣泛的應用。但是在使用過程中，容易帶來電磁干擾（EMI）的問題。電磁干擾分為兩種：傳導干擾和輻射干擾，傳導干擾又分為差模干擾（30MHZ以內）和共模干擾（30MHZ-100MHZ），主要是電子裝置產生的干擾訊號透過導線或公共電源線進行傳輸，從而進行干擾。

差模干擾和共模干擾可分別使用DM濾波器（π型濾波電路）和CM濾波器（共模電感）進行濾除，本文主要介紹對策低頻段差模干擾的器件及PCB佈線過程中需要注意的事項。

新增傳導對策器件

目前，傳導干擾相較於輻射干擾來說，比較容易解決，一般情況下，只需要在輸入端新增π型濾波並選擇合適的濾波引數就可以透過低頻段傳導測試。圖1以XL4013為例，紅色框線內元器件為π型濾波電路，用來對策傳導超標：

圖2和圖3是使用XL4013（VIN=24V,輸出 12V/2A）在有無π型濾波兩種情況下測得的傳導資料波形，圖2所示是未新增π型濾波時的傳導測試資料， 圖3是在圖2的基礎上新增π型濾波電路（CF=20uF(陶瓷電容)， CD=220uF， LF=47uH， ESRD=0.68Ω，VIN=24V），其餘條件均相同的條件下進行傳導測試：

從圖2和圖3中的對比資料中可以看出，合適的π型濾波電路能夠有效抑制低頻段的傳導干擾。但傳導對策器件的選擇不能脫離實際應用條件，對BUCK電路來說，CIN為BUCK調整器的輸入電容容量，CIN電容越大，EMI越小，但CD電容也會增加。

一般情況下，CD電容容量選擇2~4倍CIN電容容量。ESRD為CD電容所需要的ESR大小，它可根據LF與CIN之商的均方根來計算，即 ESRD=SQRT(LF/CIN)，如果此值較小，只需要選用ESR 較大的電容即可，如果此值過大，可以透過串聯電阻來實現。LF為π形濾波器的電感，此電感感量通常為1～47uH，在保證電流能力且物理尺寸允許條件下，LF的感量儘量取大。CF一般選用陶瓷電容（陶瓷電容抑制傳導干擾的能力遠遠大於電解電容），其計算比較複雜，輸入電壓、輸出電流、工作頻率、CIN和LF的不同均會影響CF的選擇，具體值可根據以下公式進行計算：

其中，I、Fs和D分別是BUCK調整器的輸出電流、開關頻率和佔空比；|Att|dB 是π型濾波器在開關頻率Fs下所需的噪聲衰減量；CIN是輸入電解電容容量；Vmax是在EMI標準中，開關頻率Fs下允許的最大噪聲值；LF是π型濾波中電感感量；CF是π型濾波中陶瓷電容容量，取Cfa和Cfb中較大值。

PCB 走線注意事項

對於開關電源來說，輸入端通常採用電解電容與陶瓷電容組合使用（主要是經濟實惠） ，電解電容給晶片提供瞬態電流，陶瓷電容用來濾除輸入端高頻毛刺電壓，給晶片內部邏輯電路提供純淨電源，因此陶瓷電容需要靠近晶片的VIN與GND引腳，並且避免透過過孔進行連線以達到較好的濾波效果。

【1】縮短不連續電流回路

對於BUCK電路來說，輸入端電流為不連續電流，變化的電流會在寄生電感上產生毛刺電壓，容易影響系統穩定性，並導致IC失效。要降低寄生電感，就要縮短電流回路長度，這就需要將輸入端電解電容兩端分別靠近晶片的VIN和肖特基的陽極，晶片的SW引腳靠近肖特基的陰極，如"圖 4"所示。這樣最大限度的降低其寄生電感，減少毛刺電壓，提高系統穩定性，並可以降低輻射EMI。

【2】傳導對策器件走線注意事項

π型濾波中的CF陶瓷電容承擔著濾除高頻干擾的重任，在進行PCB設計時，需要尤其注意輸入電源線和地線連線方式，確保電源線和地線中的干擾都能唯一經過CF陶瓷電容，除此之外沒有其他路徑能夠流經，以達到抑制傳導干擾的最佳效果，如圖5所示。

為了最大限度的發揮π型濾波的作用，在樣板空間足夠大的情況下，設計PCB時不要大面積鋪銅（GND）包圍π型濾波器件。因為大面積鋪銅（GND）容易與輸入電源線之間形成寄生電容，這些寄生電容為高頻干擾訊號提供了有效的低阻抗路徑（如圖6的Cx1和Cx2），從而影響傳導對策器件的濾波效果。

圖5 π型濾波器周圍不鋪銅處理（推薦）

圖6 π型濾波器周圍鋪銅處理（不推薦）

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