分享到：標簽：LM3478 TI BQ24133 Snubber電路 輻射發射超標 德州儀器 Boost（Buck）芯片
　　摘要
　　小功率便攜式電子產品目前常用鋰電池和 Boost（Buck）芯片給 MCU、Audio 以及顯示屏等器件供電。此類產品通常使用適配器供電，設計要求充電部分工作時，必須通過測試并符合 EMC標準。一般來說，為了提高系統工作效率，鋰電池充電芯片都是基于開關工作方式，類似一個開關電源，另外，可能其他的開關電源芯片在同時工作，器件均為開關工作方式，提高了工作效率，同時引入了輻射問題，這也是電子產品設計過程中的常見問題。本文基于一個產品設計實例（用BQ24133 單電池充電電路和LM3478 升壓電路），對設計過程中曾經遇到的輻射難題進行了詳盡的分析。確定騷擾源，找出耦合路徑，最終給出解決問題的方法，以供大家作參考。
　　1. 便攜式音頻產品電源系統介紹
　　1.1 背景
　　實際的產品開發中，便攜式產品的 EMI 測試是用適配器給產品充電，有其他外接設備連接也需要在測試時接上。下面以一個實際產品的開發為例，說明這類產品設計的 EMI 設計要注意的問題，以及遇到輻射發射超標，如何來分析問題產生的原因。并找出解決問題的辦法。
　　1.2 音頻產品供電回路
　　如下圖 1 是一個 Audio 產品的電源部分的原理圖，這個產品有一個 charger 芯片 BQ24133，在這個應用中設置最大充電電流 2A。有一個 Boost 芯片 LM3478，把電池電壓升壓到 10V 給 Audio 芯片供電，滿載電流 1A，另外一個 Boost 芯片 LM3478，把電池電壓升到 5V，給iphone或者ipad充電，最大電流2A。適配器的直流輸出線規格是 1.5 米，手機充電的電源線約 0.5 米，整個 PCB 板面積大概12mm×8mm，設計為兩層板。
　　
　　圖 1：Audio 供電回路圖
　　2. EMI 問題分析
　　2.1 EMI 問題的產生
　　這類便攜式產品要求通過標準 EN55022，Class B。這個產品的初版樣機在輻射發射測試時（未接手機），輻射發射 30M 到 300M 頻段嚴重超標，在 200MHZ 左右，超標 20DB 以上。
　　2.2 分析輻射發射超標的原因：
　　首先，先分析輻射超標產生的原因，我們知道 EMC 三要素，騷擾源，耦合路徑和敏感設備。這個產品中開關方式工作的器件無疑是騷擾源，也就是 BQ24133（開關頻率1.6MHZ）和兩個 LM3478（開關頻率400KHZ）。再看耦合路徑，30M 到 300M 頻段對應的波長是一米到十米，如果要發射一定波長的電磁波，需要一根發射天線，成為天線的必要條件是長度至少要大于波長的二十分之一，當天線是電磁波半波長的整數倍時，發射功率最大。滿足以上條件能成為天線的導線就是幾根外接線，最有可能的是適配器的直流電源線和地線。分析 layout 設計，發現產品設計時，只用了一個地，在整個 PCB 的兩層均大面積鋪地，并且與適配器的地線連接在一起，加上手機的充電導線，構成一根超過兩米長的地線。另外BQ24133 充電電路和兩個 LM3478 的升壓電路底下也是大面積的鋪地，造成高頻干擾直接耦合到地平面，通過長的地線發射出來。
　　3. 解決問題的辦法：
　　針對以上分析，做了整改。由于是便攜式音頻設備，沒有 PE 線，無法使用 Y 電容，客戶也不希望使用共模電感增加成本，所以主要優化 layout。采取了以下措施：
　　3.1 Layout 注意事項：
　　1）將每個電源回路梳理，將模擬地和數字地分開，每個單元電路不要相互交叉。BQ24133 的數字地和模擬地分開走線，在芯片下通過一個 0 歐姆電阻的單點接。另外，BQ24133 的功率地最好跟整個產品的地適當分割，單點連接。
　　2）減小諧波回路面積，對 LM3478，如圖，MOS 管開通時，Cin，L 和 MOS 構成一個回路對電感充電，請看圖 2（a）的 Cycle1。MOS 管關斷時，Cin，L，D，Cout構成另一個回路對電感放電，請看圖 2（b）中的 Cycle2。對于二極管 D，交替工作在正向導通和反向截止的狀態，因此，有很高的反向恢復尖峰電壓，需要在二極管兩端加Snubber電路來抑制這個尖峰電壓，以避免產生過大的共模噪聲。這兩個回路的工作頻率是 MOS 的開關頻率，諧波分量大，布板時要盡量減小諧波回路的面積。要把這兩個功率回路的器件靠近放置，走大銅皮寬走線，減小開關頻率諧波的回路阻抗。