開關(guān)電源系列（四）寄生參數(shù)對EMI的影響
一、MOS管散熱銅皮與散熱片對EMI的影響分析
1.1、MOS管與散熱片寄生電容對EMI的影響分析與對策
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)電動勢，同時在散熱片上產(chǎn)生強電場輻射。為解決散熱片強電場輻射問題，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布線長度、寬度決定。為抑制兩者之間的寄生振蕩，通常會將散熱片通過串聯(lián)電阻接到原邊大電解的負(fù)極。
1.2、MOS管散熱銅皮對EMI的影響分析與對策
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)過程中，本身就是電壓突變點，即強電場輻射點，同時又是電流突變點，即強磁場輻射點。強電場容易在附近布線上產(chǎn)生感應(yīng)電流，即發(fā)生容性耦合（電場耦合）；強磁場容易在周圍布線上(信號電流環(huán)路中）產(chǎn)生感應(yīng)電壓，即發(fā)生感性耦合（磁場耦合）。
在整機布局布線過程中，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磁電感會形成寄生的LC振蕩，振蕩頻率由勵磁電感感量與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)路無法通過串聯(lián)電阻的方式破壞LC振蕩，只可通過電源濾波器濾除。
勵磁電感與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電容時測量波形
2.2、原邊MOS管D極與變壓器勵磁電感之間串聯(lián)磁珠：
為解決勵磁電感與原邊MOS管D-S極間寄生電容的振蕩問題，在變壓器勵磁電感與原邊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磁珠的測試波形
三、驅(qū)動控制電路對EMI的影響分析
3.1、QR模式驅(qū)動控制
QR模式也叫反激準(zhǔn)諧振模式，其實質(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，初級開關(guān)導(dǎo)通。
QR模式通常是指將真實的硬開關(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)測試數(shù)據(jù)
vQR模式Vds電壓波形與傳導(dǎo)測試數(shù)據(jù)
QR模式就是增加了谷底檢測功能，改善MOS管的開通損耗，從而改善效率。為解決勵磁電感與原邊MOS管D-S極間寄生電容的振蕩問題，在變壓器勵磁電感與原邊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（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測試儀器的測試原理出發(fā)，使集中的頻譜能量分散的角度來實現(xiàn)AVG值的降低。
傳導(dǎo)測試的原理是用測量接收機將噪聲信號中的頻率分量以一定的通頻帶選擇出來，并給予顯示和記錄，當(dāng)連續(xù)改變設(shè)定頻率時就能得到噪聲信號的頻譜。對噪聲信號進(jìn)行諧波分析，可得出諧波波形中的諧波幅值和相角。
采用頻率抖動技術(shù)的著眼點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（抖動率）、抖動帶寬以及接收機的分辨帶寬。
v抖頻與非抖頻電壓波形對比
無抖頻功能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、外圍參數(shù)不變的前提下，分別測試使用無抖頻功能控制IC和有抖頻功能控制IC時，原邊開關(guān)MOS管D極波形如上圖所示。從波形來看，主要體現(xiàn)在自由振蕩時的振蕩收斂速度，振蕩峰值的差異。
v抖頻與非抖頻傳導(dǎo)測試數(shù)據(jù)對比
無抖頻功能傳導(dǎo)測試數(shù)據(jù)
抖頻功能傳導(dǎo)測試數(shù)據(jù)
其噪聲信號的準(zhǔn)峰值（QP）隨頻率增加的變動較小，而噪聲信號的平均值（AVG）則隨著頻率的增加而下降得十分明顯。
頻率抖動技術(shù)是一種通過改善控制技術(shù)來優(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)動的影響分析
MOS管驅(qū)動電路設(shè)計
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)動電路設(shè)計、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)動串聯(lián)電阻參數(shù)的方式，來降低MOS管開關(guān)過程產(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MOS管G極驅(qū)動電阻與G-S極間寄生電容，形成的RC效應(yīng)，來降低驅(qū)動信號的高頻份量，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)。
