開關(guān)電源系列（四）寄生參數(shù)對(duì)EMI的影響
一、MOS管散熱銅皮與散熱片對(duì)EMI的影響分析
1.1、MOS管與散熱片寄生電容對(duì)EMI的影響分析與對(duì)策
原邊MOS管與散熱片間形成的寄生電容，在散熱片上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)在散熱片上產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)輻射。為解決散熱片強(qiáng)電場(chǎng)輻射問(wèn)題，需要在散熱片與原邊大電解的負(fù)極間建立等電位。
散熱片與原邊大電解的負(fù)極間PCB布線寄生電感切實(shí)存在，此寄生電感與原邊MOS管及散熱片間寄生電容形成LC寄生振蕩，寄生電容大小由散熱片與原邊MOS管間面積、距離相關(guān)，寄生電感大小由PCB布線長(zhǎng)度、寬度決定。為抑制兩者之間的寄生振蕩，通常會(huì)將散熱片通過(guò)串聯(lián)電阻接到原邊大電解的負(fù)極。
1.2、MOS管散熱銅皮對(duì)EMI的影響分析與對(duì)策
原邊MOS管散熱銅皮通常與MOS管D極相連，而D極在MOS管開關(guān)過(guò)程中，本身就是電壓突變點(diǎn)，即強(qiáng)電場(chǎng)輻射點(diǎn)，同時(shí)又是電流突變點(diǎn)，即強(qiáng)磁場(chǎng)輻射點(diǎn)。強(qiáng)電場(chǎng)容易在附近布線上產(chǎn)生感應(yīng)電流，即發(fā)生容性耦合（電場(chǎng)耦合）；強(qiáng)磁場(chǎng)容易在周圍布線上(信號(hào)電流環(huán)路中）產(chǎn)生感應(yīng)電壓，即發(fā)生感性耦合（磁場(chǎng)耦合）。
在整機(jī)布局布線過(guò)程中，MOS管散熱銅皮應(yīng)避免靠近喇叭線、按鍵線、AC電源線等外部線材。在PCB布局布線過(guò)程中，MOS管散熱銅皮應(yīng)避免靠近開關(guān)電源濾波器、敏感電路等。
二、變壓器勵(lì)磁電感與MOS管D-S極寄生電容形成的LC振蕩
原邊MOS管在Toff期間，D-S極間寄生電容與變壓器勵(lì)磁電感會(huì)形成寄生的LC振蕩，振蕩頻率由勵(lì)磁電感感量與D-S極間寄生電容參數(shù)共同決定。由于此寄生振蕩環(huán)路包含在原邊MOS管的開通電流環(huán)路中，屬于功率環(huán)路無(wú)法通過(guò)串聯(lián)電阻的方式破壞LC振蕩，只可通過(guò)電源濾波器濾除。
勵(lì)磁電感與MOS管D-S極寄生電容振蕩波形
2.1、D-S極并聯(lián)電容參數(shù)的影響分析：
并聯(lián)100pF電容時(shí)測(cè)量波形
2.2、原邊MOS管D極與變壓器勵(lì)磁電感之間串聯(lián)磁珠：
為解決勵(lì)磁電感與原邊MOS管D-S極間寄生電容的振蕩問(wèn)題，在變壓器勵(lì)磁電感與原邊MOS管之間串聯(lián)磁珠，抑制高頻振蕩。下圖刪除串聯(lián)6mm磁珠后的測(cè)試波形，MOS管電流振幅有微小改變，而D極電壓振幅變大，振鈴也更加明顯。
刪除串聯(lián)6mm磁珠的測(cè)試波形
三、驅(qū)動(dòng)控制電路對(duì)EMI的影響分析
3.1、QR模式驅(qū)動(dòng)控制
QR模式也叫反激準(zhǔn)諧振模式，其實(shí)質(zhì)是DCM模式的一種特殊情況，是指當(dāng)磁芯能量完全釋放完畢后，變壓器的初級(jí)電感和MOS管的結(jié)電容進(jìn)行諧振，MOS管結(jié)電容放電到最低時(shí)，初級(jí)開關(guān)導(dǎo)通。
QR模式通常是指將真實(shí)的硬開關(guān)轉(zhuǎn)換器與諧振相結(jié)合。與常規(guī)PWM控制相比，QR模式產(chǎn)生的開關(guān)損耗更小。準(zhǔn)諧振的優(yōu)點(diǎn)之一是能夠減小傳導(dǎo)或輻射干擾的頻譜分量。
v傳統(tǒng)PWM控制方式Vds電壓波形與傳導(dǎo)測(cè)試數(shù)據(jù)
vQR模式Vds電壓波形與傳導(dǎo)測(cè)試數(shù)據(jù)
QR模式就是增加了谷底檢測(cè)功能，改善MOS管的開通損耗，從而改善效率。為解決勵(lì)磁電感與原邊MOS管D-S極間寄生電容的振蕩問(wèn)題，在變壓器勵(lì)磁電感與原邊MOS管之間串聯(lián)磁珠，抑制高頻振蕩。下圖刪除串聯(lián)6mm磁珠后的測(cè)試波形，MOS管電流振幅有微小改變，而D極電壓振幅變大，振鈴也更加明顯。
3.2、抖頻技術(shù)的應(yīng)用
頻率抖動(dòng)（Jitter Frequency)技術(shù)不是從減小分布參數(shù)，也不是采用濾波旁路的方式，而是從EMI測(cè)試儀器的測(cè)試原理出發(fā)，使集中的頻譜能量分散的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)AVG值的降低。
傳導(dǎo)測(cè)試的原理是用測(cè)量接收機(jī)將噪聲信號(hào)中的頻率分量以一定的通頻帶選擇出來(lái)，并給予顯示和記錄，當(dāng)連續(xù)改變?cè)O(shè)定頻率時(shí)就能得到噪聲信號(hào)的頻譜。對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行諧波分析，可得出諧波波形中的諧波幅值和相角。
采用頻率抖動(dòng)技術(shù)的著眼點(diǎn)在于分散諧波干擾能量，使得開關(guān)電源的工作頻率并非不變，而是周期性地變化，由于分布在較廣的頻率范圍內(nèi)，因此可以降低EMI測(cè)量的峰值。發(fā)射能量的減少取決于調(diào)制頻率的選擇（抖動(dòng)率）、抖動(dòng)帶寬以及接收機(jī)的分辨帶寬。
v抖頻與非抖頻電壓波形對(duì)比
無(wú)抖頻功能MOS管D極電壓波形
抖頻功能MOS管D極電壓波形
同樣的電路設(shè)計(jì)、外圍參數(shù)不變的前提下，分別測(cè)試使用無(wú)抖頻功能控制IC和有抖頻功能控制IC時(shí)，原邊開關(guān)MOS管D極波形如上圖所示。從波形來(lái)看，主要體現(xiàn)在自由振蕩時(shí)的振蕩收斂速度，振蕩峰值的差異。
v抖頻與非抖頻傳導(dǎo)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比
無(wú)抖頻功能傳導(dǎo)測(cè)試數(shù)據(jù)
抖頻功能傳導(dǎo)測(cè)試數(shù)據(jù)
其噪聲信號(hào)的準(zhǔn)峰值（QP）隨頻率增加的變動(dòng)較小，而噪聲信號(hào)的平均值（AVG）則隨著頻率的增加而下降得十分明顯。
頻率抖動(dòng)技術(shù)是一種通過(guò)改善控制技術(shù)來(lái)優(yōu)化性能的新方法，該方法被廣泛的應(yīng)用于高頻開關(guān)電路中，現(xiàn)在已被集成在開關(guān)電源控制芯片，用于小功率開關(guān)電源中，從而為抑制開關(guān)電源的電磁干擾提供了一種新的思路。
3.3、開關(guān)MOS管G極驅(qū)動(dòng)的影響分析
MOS管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
MOS管寄生電容模型
MOS管開通速度及開關(guān)損耗不僅受控制IC的開關(guān)頻率、占空比影響，還受到MOS管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、MOS管本體寄生參數(shù)的影響。通常采用調(diào)節(jié)開關(guān)MOS管G極驅(qū)動(dòng)串聯(lián)電阻參數(shù)的方式，來(lái)降低MOS管開關(guān)過(guò)程產(chǎn)生的di/dt、dv/dt噪聲，改善EMI性能（主要是輻射/騷擾功率）
其原理是通過(guò)MOS管G極驅(qū)動(dòng)電阻與G-S極間寄生電容，形成的RC效應(yīng)，來(lái)降低驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高頻份量，達(dá)到降低開關(guān)噪聲的目的。其副作用就是增加MOS管的開關(guān)損耗，影響其溫升指標(biāo)。
