1.1 DC-DC拓?fù)?/span>

工作原理：開關(guān)式DCDC，利用電容/電感儲(chǔ)能的特性，通過開關(guān)管(BJT,MOSFET)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，將電能儲(chǔ)存在電容/電感里，當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)，電能釋放給負(fù)載。

1.2 DC-DC分類

①激勵(lì)方式：自激式和它激勵(lì)式

②調(diào)制方式：脈寬調(diào)試和頻率調(diào)制

③隔離方式：隔離式與非隔離式

④承受電硬力：硬開關(guān)和軟開關(guān)

⑤開關(guān)同步方式：同步開關(guān)與異步開關(guān)

⑥儲(chǔ)能電感連接：串聯(lián)型與并聯(lián)型

1.3 Buck DC-DC工作原理

MOS管導(dǎo)通時(shí)，輸入源電流流經(jīng)MOS管對(duì)電感進(jìn)行儲(chǔ)能，流經(jīng)電感電流開始上升，同時(shí)有一部分能量傳遞到輸出端，此時(shí)二極管承受反向電壓而不導(dǎo)通。

MOS管關(guān)斷時(shí)，輸入源不再提供能量，電感產(chǎn)生反向感應(yīng)電壓，使得二極管導(dǎo)通，電感儲(chǔ)存的能量通過二極管形成的續(xù)流回路傳遞到輸出端，流經(jīng)電感電流開始下降。

1.4 Buck DC-DC電流分析

▲ 輸入電流不連續(xù)，輸出電流連續(xù)

1.5 Boost DC-DC工作原理

MOS管導(dǎo)通時(shí)，電流流經(jīng)MOS管對(duì)電感進(jìn)行儲(chǔ)能，流經(jīng)電感電流開始上升，此時(shí)SW節(jié)點(diǎn)電壓為MOS管壓降，二極管承受反向電壓而不導(dǎo)通，能量不傳遞到輸出端，輸出端能量由電容提供。

MOS管關(guān)斷時(shí)，電感儲(chǔ)存的能量通過二極管傳遞到輸出端，同時(shí)直流輸入源也對(duì)負(fù)載提供能量，流經(jīng)電感電流開始下降。

1.6 Boost DC-DC電流分析

▲ 輸入電流連續(xù)，輸出電流不連續(xù)

1.7 Buck/Boost DC-DC電流分析

降壓Buck功能實(shí)現(xiàn)：Q1、Q3管導(dǎo)通，Q2、Q4管關(guān)斷，完成Buck電路開通環(huán)路；Q2、Q3管 導(dǎo)通，Q1、Q4管關(guān)斷完成Buck電路續(xù)流環(huán)路。

升壓Boost功能實(shí)現(xiàn)：Q1、Q4管導(dǎo)通，Q2、Q3管關(guān)斷，完成Boost電路開通環(huán)路；Q1、Q3管導(dǎo)通，Q2、Q4管關(guān)斷完成Boost電路續(xù)流環(huán)路。

二、EMC問題產(chǎn)生原因分析

2.1 EMC問題產(chǎn)生原因

①電感磁場(chǎng)：電感磁場(chǎng)空間輻射耦合、電感磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦流效應(yīng)；

②開關(guān)噪聲：MOS管開關(guān)噪聲、二極管續(xù)流開關(guān)噪聲；

③電流環(huán)路設(shè)計(jì)：電感磁場(chǎng)空間輻射耦合；電感磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦流效應(yīng)；

④反饋信號(hào)設(shè)計(jì)：反饋電路設(shè)計(jì)、反饋環(huán)路；

⑤開啟控制信號(hào)設(shè)計(jì)：EN腳開啟電壓設(shè)置、EN腳控制信號(hào)布線；

⑥寄生參數(shù)影響：功率器件寄生參數(shù)、PCB寄生參數(shù)、器件+PCB寄生參數(shù)、結(jié)構(gòu)裝配寄生參數(shù)；

2.2 開啟控制信號(hào)（EN腳）

EN腳是控制DC-DC芯片開關(guān)控制引腳，其控制電平的穩(wěn)定行是DC-DC芯片可靠工作的重要條件；當(dāng)控制電平設(shè)置在芯片開啟電壓的邊界值，抗擾度測(cè)試開啟電平波動(dòng)偏離芯片門限電壓，則會(huì)出現(xiàn)DC-DC芯片誤關(guān)閉的情況，引起輸出電壓跌落，導(dǎo)致后端用電設(shè)備工作異常。

2.3 開啟控制信號(hào)（EN腳）設(shè)計(jì)案例

▲ EN腳驅(qū)動(dòng)電壓偏低，雷擊浪涌測(cè)試后端芯片工作異常

▲ EN腳偏置電壓設(shè)置偏低，靜電放電測(cè)試后端電路工作異常

2.4 反饋信號(hào)設(shè)計(jì)

反饋信號(hào)是根據(jù)負(fù)載輕重反饋給芯片內(nèi)部運(yùn)放，調(diào)節(jié)開關(guān)控制的信息窗口；反饋信號(hào)本身工作不穩(wěn)定，反饋給芯片的信息就是錯(cuò)誤的，會(huì)導(dǎo)致芯片誤調(diào)整，引起輸出電壓的跌落或者升高，后端用電設(shè)備會(huì)因電壓波動(dòng)出現(xiàn)工作狀態(tài)異常，甚至損壞。

2.5 反饋信號(hào)穩(wěn)定性影響因素

①反饋信號(hào)電路設(shè)計(jì)：分壓電阻參數(shù)設(shè)計(jì)、前饋電容補(bǔ)償、FB引腳增加電容濾波；

②反饋信號(hào)PCB設(shè)計(jì)：反饋信號(hào)取電位置、反饋信號(hào)兩側(cè)增加地線屏蔽、反饋信號(hào)采用差分布線、反饋信號(hào)環(huán)路面積最小化、反饋信號(hào)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源；

反饋信號(hào)穩(wěn)則輸出電壓穩(wěn)，輸出電壓穩(wěn)后面設(shè)備工作安全

2.6 電感磁場(chǎng)輻射

“工”字型非磁屏蔽電感，當(dāng)脈動(dòng)電流流過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)輻射，低頻磁場(chǎng)在附近的信號(hào)回路、磁性元件（共模電感、差模電感）產(chǎn)生感應(yīng)電壓與感應(yīng)電流，造成信號(hào)干擾、或者引發(fā)其他問題；低頻磁場(chǎng)穿過附近金屬平面時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流效應(yīng)，渦流噪聲不能有效消除，則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的輻射問題。

2.7 電感磁場(chǎng)耦合案例

▲ 右圖 共模電感繞線末端分繞時(shí)電源端傳導(dǎo)測(cè)試數(shù)據(jù)

▲ Buck電感與共模電感互感引起電源端傳導(dǎo)問題

▲ 共模電感繞線末端雙線并繞時(shí)電源端傳導(dǎo)測(cè)試數(shù)據(jù)

2.8 電感磁場(chǎng)產(chǎn)生渦流效應(yīng)案例

▲ Boost電感靠近金屬擋板

▲ Boost電感用鋁箔屏蔽接地

▲ 電感磁場(chǎng)產(chǎn)生渦流效應(yīng)案例

2.9 電流環(huán)路

高頻電流環(huán)路的近場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度要高于電感附近的動(dòng)態(tài)信號(hào)SW；高頻電路環(huán)路形成的磁場(chǎng)大小取決于環(huán)路面積和電流大小 。

高頻電流環(huán)路面積越小，磁場(chǎng)對(duì)消效果就越好；反之，高頻電流環(huán)路面積越大，磁場(chǎng)對(duì)消效果就越差，空間輻射就越強(qiáng)。

電流環(huán)路案例

▲ 電流環(huán)路案例（一）

▲ 電流環(huán)路案例（二）

2.10 開關(guān)噪聲

工作原理：功率器件工作于開關(guān)狀態(tài)時(shí)，di/dt環(huán)路會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，dv/dt節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)；高頻電流環(huán)路（high Fre loop)和高頻開關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW Note）分別產(chǎn)生交變磁場(chǎng)與交變電場(chǎng)，從而引發(fā)嚴(yán)重的空間輻射問題。

2.11 開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴產(chǎn)生原因分析

①開關(guān)節(jié)點(diǎn)上沖振鈴產(chǎn)生原因分析：MOS管開通時(shí)，續(xù)流二極管寄生電容CB3被充電，寄生電感LB3、LB4積蓄能量，當(dāng)SW動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)的電壓等于輸入電壓時(shí)，積累在LB3、LB4中的能量與CB3電容產(chǎn)生LC串聯(lián)諧振，從而產(chǎn)生上沖振鈴干擾。

②開關(guān)節(jié)點(diǎn)下沖振鈴產(chǎn)生原因分析：MOS管關(guān)斷時(shí)，續(xù)流二極管導(dǎo)通，電感中會(huì)有電流持續(xù)流過，開關(guān)MOS管寄生電容CB1被充電，續(xù)流二極管寄生電容CB3放電，當(dāng)輸出電壓≦SW動(dòng)點(diǎn)電壓時(shí)，開關(guān)MOS管的寄生電容CB1停止充電，儲(chǔ)存在寄生電感LB3、LB4的能量與CB1組成LC串聯(lián)諧振，產(chǎn)生下沖振鈴噪聲干擾。

2.12 寄生參數(shù)與寄生振蕩

▲ Buck DC-DC寄生參數(shù)圖示

▲ Boost DC-DC寄生參數(shù)圖示

①PCB寄生電感降低高頻旁路效果，也是寄生振蕩產(chǎn)生的重要原因之一；②功率器件寄生電容提供高頻電流耦合路徑，寄生電容也是寄生振蕩產(chǎn)生的重要原因之一；③PCB寄生電容引發(fā)近場(chǎng)耦合；④高頻旁路電容與PCB寄生電感引發(fā)的寄生振蕩；

2.13 寄生參數(shù)影響

▲ 寄生參數(shù)影響（一）

▲ 寄生參數(shù)影響（二）

三、EMC問題調(diào)試技巧

3.1 EMC問題調(diào)試技巧

A：輸出電壓?jiǎn)栴} 調(diào)試技巧；

B：環(huán)路面積問題 調(diào)試技巧；

C：電感磁場(chǎng)問題；

D：開關(guān)噪聲；

E：寄生參數(shù)、寄生振蕩；

3.2

輸出電壓跌落調(diào)試技巧

DC-DC輸出電壓跌落：①EN腳對(duì)策：EN腳增加高頻濾波電容、上拉電源調(diào)整、EN腳控制信號(hào)防護(hù)設(shè)計(jì)、分壓電阻參數(shù)調(diào)整；

②反饋電路對(duì)策：反饋引腳增加對(duì)地高頻電容、反饋信號(hào)增加前饋電容、反饋分壓電阻比例調(diào)整；

③輸出電壓穩(wěn)定對(duì)策：增加電解電容補(bǔ)償、增加穩(wěn)壓二極管、增加儲(chǔ)能元件；

3.3 環(huán)路面積調(diào)試技巧

①開通環(huán)路面積調(diào)試：Buck開通環(huán)路調(diào)試、Boost開通環(huán)路調(diào)試、Buck/Boost開通環(huán)路；

②關(guān)斷環(huán)路面積調(diào)試：Buck續(xù)流環(huán)路調(diào)試、Boost關(guān)斷環(huán)路調(diào)試、Buck/Boost關(guān)斷環(huán)路；

③主功率環(huán)路面積調(diào)試：環(huán)路低頻磁場(chǎng)輻射、共環(huán)路耦合；

④功率器件RC吸收環(huán)路：開關(guān)MOS管RC吸收、二極管RC吸收；

⑤高頻環(huán)路調(diào)試：開通高頻環(huán)路、關(guān)斷高頻環(huán)路、環(huán)路中增加磁珠；

⑥寄生環(huán)路調(diào)試：開通環(huán)路寄生環(huán)路、關(guān)斷環(huán)路寄生環(huán)路、SW動(dòng)點(diǎn)寄生環(huán)路、主功率環(huán)路寄生環(huán)路；

3.4 電流環(huán)路調(diào)試技巧

▲ Buck DC-DC電流環(huán)路最優(yōu)設(shè)計(jì)

▲ Boost DC-DC電流環(huán)路最優(yōu)設(shè)計(jì)

電流環(huán)路最優(yōu)設(shè)計(jì)：開通環(huán)路面積、關(guān)斷環(huán)路面積、主功率環(huán)路面積最優(yōu)設(shè)計(jì)；高頻環(huán)路面積、SW動(dòng)點(diǎn)面積最優(yōu)設(shè)計(jì)。

3.5 寄生環(huán)路調(diào)試技巧

▲ Buck DC-DC寄生環(huán)路簡(jiǎn)單分析

▲ Boost DC-DC寄生環(huán)路簡(jiǎn)單分析

寄生環(huán)路調(diào)試：寄生環(huán)路主要是SW動(dòng)點(diǎn)對(duì)參考地之間分布電容引起的；寄生參數(shù)諧振后改變?cè)瓉碓O(shè)計(jì)的電流環(huán)路，而產(chǎn)生新的電流環(huán)路。

3.6 共電流環(huán)路耦合

▲ 右圖 RJ45 信號(hào)環(huán)路與電源環(huán)路存在共地環(huán)路耦合

①兩個(gè)電流環(huán)路擁有共同的路徑，弱信號(hào)被強(qiáng)信號(hào)干擾，干凈信號(hào)被噪聲信號(hào)耦合；②共電流環(huán)路耦合是干擾問題產(chǎn)生的主要形式之一，也是傳導(dǎo)測(cè)試超標(biāo)的重要原因之一。

3.7 開關(guān)噪聲調(diào)試技巧

①驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)：開通驅(qū)動(dòng)、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)、抖頻功能、驅(qū)動(dòng)頻率；

②功率器件吸收：MOS管RC吸收、二極管RC吸收、尖峰電壓鉗位；

③噪聲耦合控制：SW動(dòng)點(diǎn)噪聲控制、近場(chǎng)耦合控制、濾波器衰減；

④功率器件選型：MOS管選型、二極管選型、封裝選型；

3.8 開關(guān)噪聲鉗位

▲ 開關(guān)噪聲鉗位

3.9 電感磁場(chǎng)問題調(diào)試技巧

①更換磁屏蔽電感、②距離控制：③金屬屏蔽

電感磁場(chǎng)問題調(diào)試技巧：磁屏蔽電感防止磁場(chǎng)泄露，切斷磁場(chǎng)耦合路徑；距離控制，通過空間衰減磁場(chǎng)強(qiáng)度；利用磁場(chǎng)穿過金屬產(chǎn)生渦流效應(yīng)，渦流磁場(chǎng)與原來磁場(chǎng)互相抵消原理。

3.10 寄生參數(shù)與寄生振蕩調(diào)試技巧

寄生參數(shù)：器件寄生參數(shù)、PCB寄生參數(shù)、結(jié)構(gòu)寄生參數(shù)、組合寄生參數(shù)；

寄生振蕩：改變器件寄生參數(shù)、改變PCB寄生參數(shù)、改變結(jié)構(gòu)寄生參數(shù)、增加阻尼；

3.11 傳導(dǎo)問題

①電源端傳導(dǎo)問題：A電感空間碰場(chǎng)輻射：使用磁粉屏蔽電感、與AC電源輸入端拉開間距；

B輸出電源環(huán)路低頻磁場(chǎng)輻射：與AC電源輸入端拉開間距、袁減環(huán)路中低頻嗓聲電流；

C共電源阻抗耦合：調(diào)整PCB布線采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線方式、衰減輸入電源線上的低頻噪聲電流；

②電信端傳導(dǎo)問題：A共電源阻抗耦合：調(diào)整PCB布線采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線方式、衰減輸入電源線上的低頻噪聲電流；

B共地環(huán)路耦合：電信信號(hào)環(huán)路與DC-DC輸入噪聲分開、袁減輸入電源線上的低頻噪聲電流、DC-DC電路遠(yuǎn)離外部端子放置；

C電信端電路參數(shù)調(diào)整：Bob Smith電路參數(shù)調(diào)整、Bob Smith電路電容接地點(diǎn)選擇、電信差分信號(hào)與Buck 電感距離控制、Buck電感使用屏蔽電感；

3.12 輻射問題

①環(huán)路面積問題：開通環(huán)路面積控制、續(xù)流環(huán)路面積控制、開通高頻旁路環(huán)路面積、續(xù)流高頻旁路面積；

②寄生參數(shù)影響：開關(guān)MOS管寄生電容、PCB布線寄生電感、同步MOS管寄生電容、動(dòng)態(tài)線分布電容、續(xù)流二極管寄生電容；

③濾波設(shè)計(jì)：開關(guān)環(huán)路或者縷流環(huán)路增加高頻磁珠、同步開關(guān)MOS管RC吸收、開關(guān)MOS管RC吸收、輸入供電電源濾波設(shè)計(jì)、續(xù)流二極管RC吸收；

④寄生振蕩：開關(guān)MOS寄生電容與PCB布線寄生電感振蕩、續(xù)流二極管寄生電容與PCB布線寄生電感振蕩、同步開關(guān)MOS管寄生電容與PCB布線寄生電感、PCB布線寄生電感與高頻旁路寄生振蕩；

四、EMC設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

4.1 EMC設(shè)計(jì)

①原理圖設(shè)計(jì)：RC吸收設(shè)計(jì)、高頻旁路設(shè)計(jì)、磁珠正確應(yīng)用、濾波與防護(hù)設(shè)計(jì)；

②PCB設(shè)計(jì)：PCB布局設(shè)計(jì)、PCB疊層設(shè)計(jì)、PCB布線設(shè)計(jì)；

4.2 Buck DC-DC電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)說明

▲ 功率器件吸收電路

▲ 磁珠正確使用

Buck DC-DC電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)說明：功率器件RC吸收電路、正確的使用磁珠、高頻旁路電容的使用

4.3 Boost DC-DC電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)說明

▲ 功率器件吸收電路

▲ 磁珠正確使用

Boost DC-DC電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)說明：功率器件RC吸收電路、正確的使用磁珠、高頻旁路電容的使用；

4.4 DC-DC電路外部連接濾波與防護(hù)設(shè)計(jì)

DC-DC電路外部連接濾波與防護(hù)設(shè)計(jì)：靜電放電防護(hù)與雷擊浪涌防護(hù)、差模雷擊防護(hù)與共模雷擊浪涌防護(hù)、差模濾波與共模濾波，高頻濾波與低頻濾波設(shè)計(jì)；

4.5 DC-DC電路原理圖設(shè)計(jì)與PCB設(shè)計(jì)檢查表

▲ DC-DC電路原理圖設(shè)計(jì)與PCB設(shè)計(jì)檢查表

4.6 PCB最優(yōu)設(shè)計(jì)展示

▲ Buck DC-DC最優(yōu)PCB設(shè)計(jì)展示

▲ Buck/Boost DC-DC最優(yōu)PCB設(shè)計(jì)展示

最優(yōu)PCB設(shè)計(jì)要求：環(huán)路面積設(shè)計(jì)最小化、PCB寄生電感最小化、SW動(dòng)點(diǎn)信號(hào)面積最小化；

五、內(nèi)容總結(jié)

①DC-DC工作原理及電流環(huán)路分析：DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、DC-DC分類、工作原理 、DC-DC電流環(huán)路分析；

②DC-DC EMC問題產(chǎn)生原因分析：反饋信號(hào)、開啟控制信號(hào)、電感磁場(chǎng)輻射、環(huán)路設(shè)計(jì)、開關(guān)噪聲、寄生參數(shù)與寄生振蕩；

③DC-DC EMC問題調(diào)試技巧：輸出電壓?jiǎn)栴}、電感磁場(chǎng)、開關(guān)噪聲、寄生參數(shù)與寄生振蕩、環(huán)路問題；

④DC-DC EMC設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析：原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)；

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