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如何巧妙通过PCB布局来改善EMI?这些妙招请收好(附案例)

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发表于 2023-6-29 11:24:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 思睿达小妹妹 于 2023-6-29 11:35 编辑 . Q# `* J- ^3 |( Z
7 G9 [$ A# j; F' B
作者:王工有话说6 S7 [9 n- z3 T% G6 c( }
) F, u6 p0 W$ \9 F( z8 }2 D' n
时至今日,电磁干扰(EMI)问题始终是电子设备需要关注的焦点,也是让工程师们头疼的问题,它威胁着电子设备的安全性、可靠性和稳定性。要改善EMI,合理的PCB布局至关重要。在本文中,小编将为大家介绍如何通过PCB布局来改善EMI,满足客户的需求。
4 `# n( |. k: K
) p/ @# F0 A% c" R以下为测试样机图片:4 U$ X/ k4 Y; d5 r

; W3 a8 p1 E6 {" M0 S- J$ s
  W' ~5 Q1 r$ A( b8 A0 ?
CR5215SC NO Y样机图片

% ~7 `/ B: [6 w  E, h/ J; y【应用】替代线性调整器和RCC/圣诞灯、LED驱动器/小功率电源适配器/蜂窝电话充电器0 s5 b; B% W' o) C, o
【规格】5V1A
1 C3 Q' x& M' b  \" q' m) C【控制IC】CR5215SC# Z  w. r4 N! r: Z
4 Z# J- S( g& N' C
关于CR5215SC——高精度恒流/恒压原边控制功率开关% a1 ~% x7 w8 D9 M8 r' u! h

3 I- ~1 v0 n9 J' rCR5215SC是一款应用于小功率AC/DC充电器和电源适配器的高性能离线式脉宽调制控制器。该芯片采用原边检测和调整的拓扑结构,因此在应用时无需TL431和光耦。芯片内置恒流/恒压两种控制方式。
9 g' y+ \, z/ D% [( o
: z, h  \! B. e2 g" e5 t6 {在恒流控制时,最大输出电流和输出功率可以通过CS引脚的限流电阻RS设定。在恒压控制时,内置恒压采样电路以及高精度的误差比较器基准电压保证了芯片的高性能和高精度。此外,内置线损补偿电路保证了从空载到满载条件下输出电压精度。芯片还具有极低的静态工作电流,芯片待机功耗低于75mW。- W0 Z" s5 \5 |, s- x; z
, R1 u5 h: X4 s- J0 l
CR5215SC针对各种故障设计了一系列完善的保护措施,包括逐周期峰值电流限制、VDD过压保护、FB开路保护、输出短路保护、前沿消隐、过温保护、电源钳位和欠压锁定功能。在FB上拉电阻开路,FB下拉电阻短路,输出二极管开路或者短路,变压器绕组短路,CS引脚电阻开路等故障条件下都能有效保护,使得芯片具有更高的可靠性。
6 t2 ]4 u" l+ `, y$ s: m- T9 _3 v6 ~" d% U
主要特点) E( [3 G% i$ s" U8 J0 ~
4 q* d, u: r  Q9 Z+ j
● 低启动电流5 V# b2 a. Q) o! `' d% S: B
● 恒压精度可达±5%、恒流精度可达±5%$ y' f0 U' V( p) U3 e5 q
● 全电压范围内高精度恒压和恒流输出
  t' _0 G% B2 }- q0 ^# G● 动态负载响应功能
& n) T0 c5 g& m3 N& {- b- m- v3 i● 可编程CC/CV模式控制. U3 o& n3 w) [" N$ {* S3 c
● 高能效QR控制模式
$ |# p& X3 y! e● 内置初级电感量偏差补偿功能. K; B' `+ w, [; |9 S' g
● 内置输出线电压补偿功功能6 I9 Q8 m) U6 ^: p
● 内置全电压功率自适应补偿功能* B4 B4 o- z! B. R* v) }1 B: J
● 无音频噪音控制技术
- i- g% R- e% \: G2 H* j● VDD端过压、欠压保护功能4 N7 U5 `* x( s; _, [
● VDD端钳位电路3 m: T. a. N4 k& d: u
● 内置输出过压保护功能# Z! J) C/ c2 L, w1 T8 D. @1 F8 G
● 内置FB开路、短路保护功能
' `+ B+ W& L4 J; @# @( d1 R● 内置输出二极管开路、短路保护功能
& h: h7 K5 p; z● 内置前沿消隐电路
1 n, o8 @- M. i) K( x) N● 逐周期电流限制
5 p3 s. c! q+ p" T* p( G: f● 过载保护功能
8 ?! e# z- W3 i" c. M% H) ^● 过温保护功能! {$ ]! h! O$ Y' K* R3 O
● SOP-7L绿色封装
* P1 I) K/ O/ W
& v4 ?, R1 U" Z. r, p基本应用# L% W  c: F. |/ p1 V) x8 J' z0 ?

* c: N- z9 b* ~$ i4 x+ h" ?. f● 小功率电源适配器# v0 v8 x0 X% O9 G
● 蜂窝电话充电器* s$ s7 ]$ |) n4 L. e, Z- {; e
● 圣诞灯、LED驱动器
7 g. z% J8 c- P: s/ [3 l● 替代线性调整器和RCC
/ r8 Y/ E2 R$ X: a
0 Z7 _0 u  a6 g0 o! L典型应用7 w( L5 T1 h! v* O" N$ G$ Q. r( x

  P3 w9 l+ `! ?( @' J管脚排列2 r* _- d8 t, j- O! ]: E3 m) S
& e" @& x% {1 v8 S" A
管脚描述2 t' |" U: Z2 M4 Q! r( B

  h0 Q  w, u4 ]& K【问题描述】: }4 B! L5 K& e+ X' q% L
' E- p9 q8 y* J' p( h6 g' e
测试过程中EMI未能达到要求,需要重新进行PCB布局。
4 g; ~# g  p" z
) {( e7 b, a3 u0 s
未优化前的EMI测试报告

2 I3 A" K, Z- U1 G【解决思路】
& i- Y& X2 D3 ]* q1 q, i
" h* }- U, e) z8 o' ]01、将开关器件、输出电感、输出电容等敏感元件布置在可能引起EMI干扰较低的位置。比如开关管和输出电感的控制信号线要远离其它的信号线,且与负载终端的空间距离要尽量短,以减少电流回路的长度和面积,降低辐射干扰。* j: t* a: y" i; E5 D- }. q: o
! m' }" p! f' A) B8 \2 `
02、将滤波器等EMI抑制电路(如LC滤波器、Pi滤波器等)直接安装在开关电源的输出端。这可以有效地减少信号在输出端的反射,并且增加滤波器的效率。. d9 k# O; j( |; f& ?3 L. F
1 l# u6 C4 L* \2 I7 p% b5 N6 z
03、控制开关器件的开关速率。减小开关器件的开关速率,特别是在高频段,可以有效的减少开关电源产生的EMI干扰。
  t: O; j' S. @
7 R8 {6 W- q) z1 t  i7 N5 c9 m04、对于高频信号的走线,采用回路面缩小技术,即在信号线和地线之间尽量形成无限微小的高频回路,减小高频信号的环路面积,减少电磁辐射和抗干扰能力。( Z% V& {- }3 Y: }. R+ _
* n( W6 E+ X4 H0 U) @2 ~( O  S
05、对于开关电源的输入信号,如AC或DC输入,要注意使用滤波电容、磁珠等进行抑制,以增强开关电源的抗干扰能力。
  J# M  e4 W. M2 ?  H6 m/ _6 n8 e# z. H) X
06、引脚布局合理。对于敏感的引脚,如开关管、输出电感和电容,可以采用尽可能短的引出方式,并减小它们之间的相互干扰。" C4 R9 C; D: x6 H4 K' P
7 @4 ]1 {% M: X# d3 ?
【调通要点】+ e2 p9 {! E! `& `

- r7 Q& Z9 L2 `* V2 o6 a* ?PCB布线注意事项:# h  s4 m4 Z, o

: U' ~1 t  X% y6 y1 {/ T9 x1、初级地线连接方式应尽量采用“星型接法”:VDD电容地(包括IC-GND、FB下偏电阻GND)、CS取样电阻地、变压器辅助绕组地、Y电容初级侧地,四个地方需独立连接到初级BUCK电容的地。
7 `* I7 ]2 F6 C4 \" Z. R! x2 s# A0 M! G( s/ O+ C, |  `
2、启动电阻的走线应尽量先通过“VDD电容的正端”再连接到IC的VDD。
& r8 H" o" A6 @( ?% c# ?+ y5 h; O4 i2 ^8 }
3、辅助绕组供电回路走线应尽量先通过“VDD电容的正端”再连接到IC的VDD。! p% R- j4 s1 V% @
3 [9 H! c* g. C2 j! u/ q
4、VDD电容尽量靠近IC端。
( S" `( u: c, g6 y  [( ]
! O" i5 m, J1 B6 g2 }1 T/ ?
) T8 @6 s  i8 \4 T1 W) ~) R
PCB布线示意图
注:# @0 k1 x, F" v9 q  f9 Z
# A9 t% s4 a- [, y& X3 e1 u
“1”标记为初级端BUCK电容GND;) [$ C  C$ `# k9 k6 f
“2”标记分别为IC的GND、及其外围器件的GND,可以通过走线连接到一起;' D7 W1 Q" f& J2 @  v
“3”标记为CS取样电阻GND;
2 K1 Q3 Y# y& f6 g“4”标记为变压器辅助绕组GND;
: r( _& _6 I6 T6 S& J% E“5”标记为Y电容初级侧GND。
# u! b8 _( f9 ~% \
' H) I! N( j7 g; Z最终结果】
( |( j6 o2 C& X
. d9 z: \# \1 d. q# e6 @9 d. b4 Q重新进行PCB layout后,EMI测试完全能满足客户的需求。+ h6 m% Y2 m/ A' z; |

8 d. D( M  h  d
重新布局后的EMI测试报告

3 [2 P+ F! y; r

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