开关电源PCB板的EMI抑制和抗干扰设计.pdf
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1、Telecom Power Technology 4 Sep.10,2023,Vol.40 No.17 2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期设计应用技术DOI:10.19399/ki.tpt.2023.17.002开关电源 PCB 板的 EMI 抑制和抗干扰设计伍 颖,唐毓豪(中国电子科技集团公司第三十四研究所,广西 桂林 541000)摘要:开关电源常见于各种通信、控制等电子设备,广泛应用于军事、工业、医疗等领域,具有高效、轻巧以及可靠的特点。随着电子技术的快速发展,开关电源也在不断发展,行业对于电源性能的要求也越来越高,开关电源趋于高频化,但同时会产生一系列的电磁干扰(E
2、lectromagnetic Interference,EMI)问题。这些干扰可能对设备的正常运行、周围电子设备的性能稳定性以及电磁兼容性产生不利影响。基于此,简单讨论开关电源印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)的 EMI 抑制和抗干扰设计意义,深入探讨设计要点,以供参考。关键词:开关电源;电磁干扰(EMI);印制电路板(PCB);辐射;抗干扰设计EMI Inhibition and Anti-Interference Design Study of Switching Power Supply PCB BoardWU Ying,TANG Yuhao(The 34t
3、h Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Guilin 541000,China)Abstract:Switch power supply is common in a variety of communication,control and other electronic equipment,widely used in military,industrial,medical and other fields.Switch power supply has the characteristi
4、cs of high efficiency,light and reliable,with the rapid development of electronic technology,switching power supply is also constantly developing,the industry for the power performance requirements are becoming higher and higher,switching power supply more and more high frequency,but also will produ
5、ce a series of Electromagnetic Interference(EMI)problems.These disturbances may adversely affect the normal operation of the equipment,the performance stability of the surrounding electronic equipment,and the electromagnetic compatibility.Based on this,this paper briefly discusses the design signifi
6、cance of EMI suppression and anti-interference of Printed Circuit Board(PCB)board of switching power supply,and discusses the design points for reference.Keywords:switch power supply;Electromagnetic Interference(EMI);Printed Circuit Board(PCB);radiation;anti-interference design0 引 言为提高开关电源的电磁干扰(Elec
7、tromagnetic Interference,EMI)抑制和抗干扰能力,保证设备的正常运行,工程师们需要深入研究和设计合理的电路布局与滤波设计措施,特别是在印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)的设计中,电源电路的 EMI 抑制和抗干扰设计显得尤为重要。PCB 板设计的 EMI问题关系到整个系统的可靠性和稳定性。1 开关电源 PCB 板的 EMI 抑制和抗干扰设计意义开关电源是现代电子设备中常用的电源类型,它具有高效率、小体积以及稳定输出等优点。然而,开关电源在工作时会产生高频脉冲,这会引起 EMI 和其他干扰问题。为确保电子设备的正常运行和满足国际EMI 标准,
8、开关电源 PCB 板的 EMI 抑制和抗干扰设计非常重要。EMI 抑制设计的意义主要包括以下几点。第一,符合法规要求。各个国家都制定电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,EMC)标准,要求电子设备在工作时不会产生过多的 EMI 干扰。通过 EMI 抑制设计,开关电源能够有效降低 EMI 辐射和传导,确保设备符合法规要求并取得相应的认证。第二,防止对其他设备的干扰。开关电源产生的高频脉冲干扰不仅可能影响到设备自身的正常运行,还可能对其他附近的电子设备造成干扰。EMI 抑制设计可以降低开关电源对周围设备的电磁干扰,保证整个系统的稳定运行。第三,提高系统可靠性和稳定
9、性。电磁干扰会对电子设备的正常工作产生不利影响,可能导致设备性能下降、信号失真、系统崩溃等问题。通过 EMI 抑制设计,可以有效降低设备受到的干扰,提高系统的可靠性和稳定性。第四,减少电源噪声。开关电源的高频脉冲会产生较大的电源噪声,这对一些对电源质量要求较高的敏感电子设备来说是不可接受的。EMI 抑制设计可以有效减少电源噪声,提供干净、稳定的电源给其他设备使用。开关电源的基本结构如图 1 所示。收稿日期:2023-08-02作者简介:伍 颖(1991),男,广西桂林人,本科,工程师,主要从事硬件电路设计工作。2023 年 9 月 10 日第 40 卷第 17 期 5 Telecom Powe
10、r TechnologySep.10,2023,Vol.40 No.17 伍 颖,等:开关电源 PCB 板的 EMI 抑制和抗干扰设计2 开关电源 PCB 板的 EMI 抑制和抗干扰设计要点2.1 PCB 板布局布线设计开关电源作为一种常见的电源供应单位,其在电子设备中广泛应用。然而,由于其高频开关操作和电源线传输等特性,可能会引发辐射和传导的 EMI,对设备的正常工作产生影响。因此,为保证开关电源的稳定性和可靠性,针对 EMI 抑制和抗干扰设计,在PCB 板前期设计规划和后期布局布线时需要特别关注以下要点:第一,输入与输出区域隔离。为防止输入和输出之间的互相干扰,应该采取有效的隔离措施,将输
11、入和输出区域分隔开来。通常情况下,可以通过PCB 板地平面的分割或金属屏蔽罩来实现区域分隔。第二,地线设计。良好的地线设计对于 EMI 抑制至关重要。地线应该尽可能低阻抗、低电感,并且在整个电路板上均匀分布。同时,要避免地线环路的形成,以减少回流电流引起的电磁辐射。第三,滤波器的使用。在输入和输出电路中加入滤波器可以有效减轻电磁干扰,常用的滤波器包括电容滤波器和电感滤波器,在设计中可以根据实际情况选择合适的滤波器类型与参数。第四,电源线和信号线的布局。在PCB设计中,应该避免电源线和信号线的平行走向,尽量交错布局,或者采用相对角度较大的方式布置,以减少互相之间的干扰。第五,PCB 板叠层结构设
12、计。不同信号层和电源层的布局与堆叠方式也会对 EMI 抑制产生影响。通过适当的叠层结构设计,可以降低信号层之间的耦合与互相干扰。第六,地平面和电源平面。在设计过程中,应该充分考虑地平面和电源平面的规划。地平面和电源平面的充分覆盖可以有效减少电磁辐射,提高系统的电磁兼容性。第七,引线和连接器的选择。对于高频开关电源,合适的引线和连接器选择也非常重要。应该选择低阻抗、低电感的引线和连接器,以减少电磁干扰。总之,EMI 抑制和抗干扰设计是开关电源设计中的一个重要环节。通过正确的输入和输出区域隔离设计,合理选择滤波器、地线、引线以及连接器,并注意PCB板叠层结构及电源、地平面设计,提高开关电源的抗干扰
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