解析：升压型DCDC转换器（BOOST）降低辐EMI的方法

苦的咖啡

1升压型DCDC转换器（BOOST）辐EMI分析

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图1是典型的同步BOOST电路，由输入电容C，电感L，有源开关器件Q1,Q2以及输出电容C组成。同时形成4个回路，其中回路2，3（红色）为开关电流断续回路，高,。因此,SW节点震铃明显。图中回路1（蓝色）为电流连续回路，电感电流连续，高频噪声主要来源于SW节点开关高频噪声的传导。回路4（蓝色）为电流连续回路。但是，由于Q2电流断续，C的容值大小以及位置决定了回路4中V节点高频噪声幅值。

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图1BOOST开关回路分析



以芯洲科技BOOSTSCT12A0EVM为例，图2为SW节点典型的开关波形（输出仅放置B电容）。SW开关节点振铃幅值高达10V,震荡频率为200MH左右。












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图2SW开关节点波形

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图3是对应于图2的际辐EMI测试结果，采用3方法，蓝色为垂直方向，红色为水平方向。测试结果显示噪声在频域上的峰值在200MH附近，与时域测试结果图2吻合。因此抑制辐EMI峰值意味着需要大幅度降低SW节点的振铃幅值，以及振铃周期数。

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图3辐EMI测量幅值（CE测试标准）


2BOOST输出电容选择

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如图1所示，BOOST的C选择有几个关键因素，1）输出纹波幅值，2）稳定性需求，3）SW节点的振铃幅值,4)输出电容耐压等级（陶瓷电容容值随耐压增加而衰减）。其中1），3），以及4）与SW节点振铃幅值，辐EMI息息相关。










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图4SCT12A0原理图

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图1中输出回路3（包含Q2,C）是断续回路，必须连接一个100F~1F去耦电容，该去耦电容对于降低SW振铃幅值有着关键作用。以SCT12A0为例，图4为典型SCT12A0应用，C6为去耦输出电容，C7为输出大容量B电容。

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为了获得低的输出纹波，建议选择低ESR陶瓷电容，通常3~4颗22F的X5R电容可以满足大多数应用。更大的容值有利于输出电压动态响应。鉴于陶瓷电容随着电压增加，容值减小的特性，建议选择电容耐压时考虑留有足够的裕量。例如输出电压12V，建议至少选择20V或者25V耐压电容以维持足够有效的电容值。

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根据输出纹波幅值要求，可以利用公式(1)和（2）计算比较小需求电容值COUT。

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V_(_C)=(〖(V〗_OUT-V_(IN_MIN))×I_OUT)(V_OUT×_SW×C_OUT)




(1)









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V_(_ESR)=I_L×ESR




(2)





这里：

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·V_C输出纹波幅值

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·V_ESR输出电容ESR导致纹波

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·VIN_MIN比较低输入电压

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·VOUT输出电压

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·IOUT输出电流

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·IL电感电流峰值

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·?SW开关频率

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·ESR输出电容ESR值


3B版图注意事项




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正确的PCB版图是降低辐EMI的必要条件，以SCT12A0为例，下文详述几点版图注意事项。







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图5SCT12A0版图

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1)由于输出回路是开关回路，高,。减小回路面积至关重要，输出回路去耦电容C6必须放置在离VOUT,GND管脚比较近的位置，从而降低SW振铃幅值，如下图5红色箭头所示。利用NC管脚作为输出功率地，从而更近一步降低输出回路面积，VOUT,NC管脚铺铜尽量宽；

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2)由于SW的高频振铃同样会耦合至输入端，输入电容需要尽量放置离电感，GND近的位置以减小输入回路面积。输入端去耦电容同样需要离VIN端越近越好；

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3)下层大面积铺地，降低地回路阻抗。采用8的过孔连接上下大地，降低热阻；

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4)从稳定性考虑，AGND与PGND单端相连，通过散热焊盘底部相连，（散热焊盘同时也是功率地）。当VOUT添加上C6去耦电容，并严格按照版图注意事项布板，测试波形如下图6所示。SW振铃幅值降低到6V，同时震荡明显周期变少。


















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图6添加去耦电容C6,测试波形


4SW开关节点噪声吸收电路选择


在SW开关节点添加对地的RC高频噪声吸收电路如图7所示，可以直接降低SW节点振铃幅值，该吸收电路通过降低来降低SW节点振铃幅值，因此该电路会牺牲BOOST效率,在1%以内。



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图7SCT12A0采用SW节点振铃吸收电路

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以SCT12A0为例，SW高频噪声在200MH附近，因此选择R=2O,C=2F。图7为SW节点加上该吸收电路，测试结果为图8所示。相比于图2所示，SW幅值大幅降低（蓝色=SW,绿色=VINAC）。

















图8添加SW振铃吸收电路，测试波形

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图9为添加SW节点RC吸收电路后辐EMI测试结果。相较于图3，EMI峰值下降了20B该测试结果是基于SCT12A0EVM测试，级EMI过滤器。

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5磁珠的选择

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在级应用中，如果需要进一步降低辐EMI，贴片式磁珠是比较简单的选择。关于磁珠的选择，有下列几个注意事项。

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1)磁珠的频率需要覆盖高频噪声频段，根据图3，该磁珠需要在100MH~300MH频段表现为高阻抗值。

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2)磁珠的饱和电流需要30%高于际工作的峰值电流

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3)磁珠的等效阻抗越低越好，有利于减少磁珠带来的功耗。




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图9辐EMI测试结果（带RC吸收电路）


6引用

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1)SCT12A0产品规格书

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2)SCT12A0EVM使用手册




























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