AC-DC｜設計篇

EMI對策

2019.04.11

重點

・作為EMI對策，可以嘗試在輸入端增加濾波器、給開關（D-S間）增加電容、給輸出整流二極體增加緩衝電路。

・針對輸出雜訊，可在輸出端增加LC濾波器。

・PCB板佈局的影響也很大，因此需要結合起來綜合探討。

前一篇文章介紹了主要零件的選型和常數計算的相關內容。本文將介紹降低EMI的對策。

近年來，EMC可謂是電子裝置的重要課題之一。世界各國對EMC都有限制規定，在進行裝置設計時必須滿足相關要求。在此之前，可以說是因為存在當開關電源散佈雜訊時將使裝置的S/N降低，從而使裝置無法滿足規格要求的情況，因此必須採取雜訊對策。

另外，由於偶見混淆EMC和EMI等術語的情況，下面先整理一下這些術語。

・EMI（Electro Magnetic Interference）：電磁干擾
  電波和高頻電磁波成為雜訊而影響電子裝置等，或是會造成影響的電磁波。
  －傳導雜訊：經由線纜和PCB板佈線傳導的雜訊
    > 差模（常模）雜訊：發生在電源線之間，且傳輸方向和電流相同的雜訊
    > 共模雜訊：透過金屬外殼等，通過雜散電容等，回到訊號源頭的雜訊
  －輻射雜訊：釋放到空氣中的雜訊

・EMS（Electro Magnetic Susceptibility）：電磁敏感性
  指即使受到電磁波的妨礙、干擾（EMI：傳導雜訊及輻射雜訊）也不會引起損壞的能力與耐受性。。

・EMC（Electro Magnetic Compatibility）：電磁相容性
  EMI＋EMS。輻射（Emission：排放，射極）對策和抗擾性（Immunity：耐受性）的相容及其對策。

EMI從路徑來看，分成傳導雜訊和輻射雜訊，傳導雜訊根據傳導方式，又可以再細分成差動模式雜訊和共模雜訊。

EMI對策

正如在上述術語解說中所述，EMI是會對其他電路造成影響的，因此，其對策的關鍵是防止產生雜訊。產生雜訊的主要原因是大電流開關的節點或線路。基本對策是增加起到電阻匹配和旁路/濾波作用的電容、電阻/電容電路。下面再次給出整體電路，一起來看一下對策要點。

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・在輸入端增加濾波器

輸入電壓是帶有漣波的高電壓，並通過內建MOSFET來高速ON/OFF,所以在輸入端增加濾波器可降低雜訊。

・在內建MOSFET的汲極－源極間增加電容

即電路圖中的C8。電容值需要47～100pF左右，耐壓需要500V以上。這種做法可降低高速開關引起的OFF時的突波。另外也是一種緩衝方式。但是，會增加損耗，因此必須注意溫度上升情況。

・給輸出整流二極體D4增加RC緩衝電路

與D4並聯增加C9：500V/1000pF、 R10：10Ω/1W左右。這種做法可降低ON/OFF時產生的尖峰電壓，這與輸入緩衝電路的思路相同。由於常數只是參考值，所以必須先確認實際雜訊後再加以調整。

・在輸出端增加LC濾波器

右側電路圖是在輸出端增加了LC濾波器的示例。L2是10µH，C10是10µF～100µF左右）

輸出電壓中存在著取決於開關頻率的漣波，以及諧波、電感和電容所引起的雜訊。當這些雜訊造成困擾時，在輸出端增加LC濾波器可有效解決該困擾。

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這些是主要的雜訊對策。不論何種方式，都必須測量雜訊，或至少確認雜訊對裝置造成的影響。準確測量雜訊需要具備測量環境和裝置。無法定量測量雜訊值時，有時可以從裝置的S/N等性能層面來掌握是否會造成影響以及影響的程度。

這裡提到的對策，是屬於電源電路結構上的雜訊對策。雜訊的產生也和PCB板佈局、元件配置、元件性能等有關係。在某些情況下，可能需要將LC濾波器由簡單的L型升級為π型或T型，或在電路板上設定遮罩等。

此外，某些裝置規格還必須符合雜訊標準（比如國際無線電干擾特別委員會（CISPR）頒佈的標準等）。當需要滿足某些標準要求時，是需要從設計階段開始就必須謹記的，這一點是非常重要的。

【下載資料】 非絕緣型Buck轉換器設計例

這是Rohm研討會的公開講義。延續絕緣型「PWM方式返馳轉換器設計方式」章節之後，說明使用AC/DC轉換IC來設計非絕緣Buck(降壓)穩壓器的設計方法。

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