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作者@@:Keith Szolusha, Gengyao Li, 和@@ Frank Wang

开关模式电源@@(SMPS)产生的@@@@EMI辐射频谱是由许多参数组成的@@函数@@,包括热回路大小@@、开关速度@@(压摆率@@)和@@频率@@、输入和@@输出滤波@@、屏蔽@@、布局和@@接地@@。一个潜在@@的@@辐射源是开关节点@@@@,在@@很多原理图@@上称为@@@@SW。SW节点@@铜可用作天线@@,发射快速高效的@@高功率开关事件产生的@@@@噪声@@。这是大多数开关稳压器的@@主要辐射源@@。

顶层@@@@SW节点@@的@@@@铜量当然@@应该最小化@@,以限制天线尺寸@@。通过单芯片开关稳压器@@(IC内的@@电源开关@@),SW节点@@从@@IC一直到电感@@@@,并在@@顶层@@@@留下一个短走线@@。通过使用一个控制器@@(开关控制器@@IC外部的@@功率开关@@),SW节点@@可以独立于开关@@,远离@@IC。SW节点@@铜在@@降压和@@升压@@开关拓扑中连接到电感@@的@@一侧@@。由于涉及众多性能参数@@,PCB的@@XY平面中@@或内层@@上的@@第@@1层@@SW节点@@的@@@@布局很棘手@@(见图@@@@1)。

DC3008A LT8386低@@EMI LED驱动器上第@@1层@@的@@@@XY平面中@@突出显示的@@@@SW节点@@

图@@1.DC3008A LT8386低@@EMI LED驱动器上第@@1层@@的@@@@XY平面中@@突出显示的@@@@SW节点@@

Coilcraft XAL电感@@上的@@白色条纹是短线圈引线的@@标记@@

图@@2.Coilcraft XAL电感@@上的@@白色条纹是短线圈引线的@@标记@@,因为@@线圈引线不可见@@。它表示端子和@@短引线的@@方向@@@@。在@@此连接高@@dv/dt以实现最低@@@@EMI。 
电感@@几何形状@@

当然@@,当考虑电感@@端子时@@,SW节点@@还会垂直延伸@@(在@@Z平面中@@)。电感@@端子的@@垂直方向@@可能会增大@@SW节点@@的@@@@天线效应和@@辐射@@。此外@@,内部电感@@绕组可能不是对称的@@@@。即使电感@@的@@对称端子表明@@封装中隐藏的@@是对称结构@@,但金宝博@@手机登录@@@@ 顶部的@@极性指示却有另外的@@说法@@。图@@2显示了@@Coilcraft XAL电感@@系列的@@内部绕组结构@@。扁平线绕组从金宝博@@手机登录@@@@ 底部开始@@,结束于顶部@@,因此@@在@@@@Z平面中@@,一个端子最终要比另一个端子短得多@@。

此外@@,侧面有裸露@@SW节点@@的@@@@电感@@可能比具有屏蔽@@垂直金属的@@电感@@更差@@,如@@图@@@@3所示@@。电路板设计人员可以选择垂直裸露端子最少的@@电感@@来减少@@EMI,但两个电感@@端子的@@方向@@和@@对辐射的@@相对影响如@@何@@?

辐射反映真相@@
被测电路板的@@低@@辐射性能是@@IC辐射性能和@@布局考虑相结合的@@结果@@@@。即使采用@@低@@辐射单片@@IC,也必须慎重处理布局@@,同时还要考虑到关键辐射金宝博@@手机登录@@@@ 的@@安装@@。为@@了证明这一点@@,我们考察了@@LT8386演示电路的@@主电感@@@@L1的@@方向@@对电路板的@@影响@@(见图@@@@4)。在@@这种情况下@@,电感@@制造商@@Coilcraft规定金宝博@@手机登录@@@@ 上方标记有白线的@@为@@@@XAL6060系列电感@@的@@短端子@@。EMI室中的@@标准@@CISPR 25传导发射@@(CE)和@@辐射发射@@@@(RE)测试表明@@@@,该电感@@的@@放置方向@@@@(见图@@@@5)会严重影响性能@@。

不仅要注意方向@@@@,还应注意@@EMI敏感设计上的@@电感@@端子类型@@

图@@3.不仅要注意方向@@@@,还应注意@@EMI敏感设计上的@@电感@@端子类型@@

DC3008A LT8386低@@EMI LED驱动器原理示意图@@中突出显示的@@@@SW节点@@

图@@4.DC3008A LT8386低@@EMI LED驱动器原理示意图@@中突出显示的@@@@SW节点@@。将短边端子放在@@方向@@@@1和@@方向@@@@2,比较完整辐射结果@@@@@@。

采用@@DC3008A LT8386 LED驱动器的@@@@Coilcraft XAL6060-223MEB电感@@方向@@辐射测试@@

图@@5.采用@@DC3008A LT8386 LED驱动器的@@@@Coilcraft XAL6060-223MEB电感@@方向@@辐射测试@@。L1方向@@1(左@@),短端子在@@@@SW节点@@上@@;L1方向@@2(右@@),长端子在@@@@SW节点@@上@@。辐射结果@@@@如@@图@@@@@@6至@@图@@@@8所示@@。

图@@6、图@@7和@@图@@@@8表明@@,DC3008A的@@辐射性能直接受到演示电路上@@L1方向@@的@@影响@@,其他金宝博@@手机登录@@@@ 没有变化@@。具体而言@@,对于@@方向@@@@1——即短边端子放在@@@@SW节点@@上@@,低@@频@@RE(150 kHz至@@150 MHz)和@@FM频段@@CE(70 MHz至@@108 MHz)具有较低@@@@EMI。AM频段@@中的@@@@17 dBµV/m至@@20 dBµV/m差异无法被忽略@@。

并非所有电感@@@@"生而平等@@"。绕组方向@@@@、端子形状@@、端子连接的@@形状甚至@@芯材料可能不同@@。芯材料和@@结构不同的@@磁场和@@电场的@@强度可能会起到改变电感@@辐射的@@作用@@。但是@@,本案例研究揭示了一个需要关注的@@方面@@,我们可以把它变成有利因素@@。

DC3008A的@@辐射性能直接受到演示电路上@@L1方向@@的@@影响@@

图@@6.辐射发射@@表明@@@@,DC3008A上的@@电感@@方向@@对结果@@有重大影响@@。短边端子附着于@@SW节点@@以使@@SW天线最小@@(红色@@),辐射发射@@(RE)得到显著改善@@。

电感@@的@@短边端子附着于@@开关节点@@与另一种极性相比@@

图@@7.电感@@的@@短边端子附着于@@开关节点@@与另一种极性相比@@,电流探针方法传导发射@@@@(CE)有所改善@@(>3 MHz)

电感@@的@@短边端子附着于@@开关节点@@与另一种极性相比@@

图@@8.电感@@的@@短边端子附着于@@开关节点@@与另一种极性相比@@,电压方法传导发射@@@@(CE)有所改善@@(>3 MHz)

无极化指示的@@电感@@@@
如@@果电感@@制造商@@用丝网@@正面标记或点指出内部端子尺寸的@@不同@@,那么很容易确定方向@@@@。如@@果选择此类电感@@中的@@一种用于设计@@,在@@PCB丝网@@上@@、安装图@@上甚至@@原理图@@中做上标记是明智的@@@@。遗憾的@@是@@,有些电感@@没有极化或短端子指示@@。内部绕组结构可能接近@@对称@@,或者可能存在@@已知的@@结构差异@@。这里没有任何恶意@@——制造商可能没有意识到其产品中固有的@@这种特定安装方向@@的@@区别@@。无论如@@何@@,我们建议在@@认证的@@腔室中评估选定电感@@在@@两个方向@@上的@@辐射@@,以确保高性能测量结果@@可重复@@。

有时候没有外部标记@@,电感@@的@@安装@@方向@@不可避免是任意的@@@@,但因为@@其他参数@@,仍需要使用电感@@@@。例如@@@@,Würth Elektronik的@@WE-MAPI金属合金电源电感@@尺寸很小@@,效率很高@@。其端子仅位于壳体的@@底部@@。每个金宝博@@手机登录@@@@ 的@@顶部@@WE徽标附近都有一个点@@,但数据手册上并未将该点指定为@@绕组指示的@@起点@@(见图@@@@9)。尽管最初这会引起一些混淆@@,但该金宝博@@手机登录@@@@ 具有相当对称的@@内部绕组结构@@,两个安装方向@@的@@性能应当相同@@@@。因此@@,IC顶部的@@点不必在@@安装丝网@@上@@指示出来@@。不过@@,如@@果用在@@@@EMI至@@关重要的@@电路中@@,在@@两个方向@@上进行测试@@以确认性能是明智的@@@@。

另一示例@@:Würth WE-XHMI
我们用高性能@@Würth电感@@测试了@@DC3008A,封装顶部上的@@点和@@数据手册中指出了其绕组的@@起点@@(见图@@@@10)。对于@@LT8386的@@外形尺寸和@@电流要求@@,74439346150 15μH电感@@非常适合@@。同样@@,为@@了与@@Coilcraft进行比较@@,我们在@@两个方向@@上安装该电感@@以进行辐射测试@@(见图@@@@11)。

结果@@(见图@@@@12)类似于@@Coilcraft电感@@。辐射结果@@@@表明@@@@,电感@@的@@安装@@方向@@对辐射有着显著影响@@。在@@这种情况下@@,图@@11中的@@方向@@@@1显然是最佳方向@@@@,辐射最低@@@@。方向@@1的@@较低@@频@@率@@AM频段@@(RE)和@@FM频段@@(CE)辐射显然更好@@。

WE-MAPI电感@@数据手册未给出绕组起始点@@

图@@9.WE-MAPI电感@@数据手册未给出绕组起始点@@,不过@@金宝博@@手机登录@@@@ 顶部标识上有一个绕组起始点@@。这些电感@@可能没有方向@@相关的@@辐射效应@@,但应通过测试确认@@。

WE-XHMI系列电感@@的@@顶部@@标识指明了绕组起始点@@

图@@10.WE-XHMI系列电感@@的@@顶部@@标识指明了绕组起始点@@。

图@@11.采用@@DC3008A LT8386 LED驱动器的@@@@Würth 74439346150("WE 150")电感@@方向@@辐射测试@@。L1方向@@1(左@@),绕组的@@短端子起始点在@@@@SW节点@@上@@;L1方向@@2(右@@),长端子在@@@@SW节点@@上@@。辐射结果@@@@如@@图@@@@@@12所示@@,表明@@绕组起始点应连接到@@SW节点@@以获得最佳效果@@。

双开关节点@@降压@@-升压@@IC(结果@@待续@@)
显而易见@@,电感@@方向@@对单开关节点@@升压@@@@LED驱动器中的@@辐射有影响@@。我们可以假设升压@@调节器的@@@@SW节点@@具有相同@@的@@特征辐射@@,因为@@电压调节器和@@@@LED驱动电路中的@@功率转换和@@开关金宝博@@手机登录@@@@ 相同@@。

我们还可以假设@@,为@@使电感@@端子的@@天线效应最小化@@,降压调节器具有类似的@@@@SW节点@@设计优先级@@。不过@@,由于降压调节器的@@@@SW节点@@更靠近转换器的@@输入侧@@,因此@@后续跟进工作可能有助于确定电感@@方向@@在@@@@RE和@@CE区域的@@影响是否与升压@@调节器相同@@@@。

对于@@双开关节点@@降压@@@@-升压@@转换器@@,则有一点进退两难@@。常用的@@降压@@-升压@@转换器@@(如@@ LT8390 60 V同步@@4开关降压@@-升压@@控制器系列中的@@转换器@@)具有重要的@@低@@@@EMI特性@@(如@@SSFM)和@@小型热环架构@@。单电感@@设计不能清楚地揭示电感@@方向@@对辐射的@@影响@@。若将短端子放在@@一个@@SW节点@@上@@,则长端子在@@@@另一个@@SW节点@@上@@会起到天线的@@作用@@。在@@这些设计中@@,哪个方向@@最好@@?当所有四个开关在@@@@4开关工作区@@(VIN接近@@VOUT)中切换时@@,会发生什么@@?

我们将在@@未来的@@文章中探讨这个问题@@——在@@不同电感@@方向@@测试带两个@@SW节点@@的@@@@4开关降压@@-升压@@型控制器的@@@@EMI。留给大家思考@@:对于@@此拓扑结构@@,也许有两种以上的@@选择@@,180°分开@@?

辐射结果@@@@

图@@12.辐射和@@传导发射@@表明@@@@,Würth 74439346150高性能电感@@的@@安装@@方向@@对辐射结果@@@@有重大影响@@。

结论@@
开关稳压器中电感@@的@@安装@@方向@@很重要@@。测量辐射时@@,应注意电感@@方向@@及其可重复性@@——知道所选电感@@在@@这些方面有何区别@@,在@@两个方向@@上进行测试@@,并且如@@果无法确定方向@@@@,应将可能有的@@安装@@陷阱清楚地告知电路板生产部门@@。可能只需要将电感@@旋转@@180°就能改善辐射@@。

文章来源@@:ADI中文官网@@@@

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