上周有个学员找我吐槽,说他做的一款DC-DC电源,EMI传导测试死活过不了。
前前后后改了8版,换了滤波器、加了屏蔽罩、重新布线,连芯片都换了封装形式。
折腾了两个月,烧了万把块打板费,最后还是超标。
他发来测试报告和PCB给我看,我一看就笑了——
电容放的位置完全不对。
你猜怎么着?他那个输入电容离芯片Vin脚,隔了整整8mm。
就这一下,高频回路面积直接炸了,EMI能过才怪。
我让他把电容挪到芯片旁边,离引脚不超过2mm,再去测试——
PASS。
今天就把这个坑好好唠唠。
换了滤波器、加屏蔽,问题出在哪?先说说他之前踩的那些坑。
换滤波器——换了三级EMI滤波器,个头越加越大。结果传导低频段好一点,高频段纹波反而更大了。拆开一看,滤波器输入输出线绑在一起,布局乱成一团。滤波器这东西,得配合正确的PCB布局才能生效,不是往板子上一接就完事的。
加屏蔽罩——直接在电源模块外面套了个金属罩,频率稍微降了一点,但远远达不到标准。还多花了几百块开模。
改布线——把地铺铜铺得满满当当,觉得铺得越厚接地越好。结果呢,铺铜割裂了回流路径,高频阻抗反而变大了。
他做的事情都对,但都是治标不治本。
真正的问题一直没找到:输入电容的位置。
电容放错位置,高频回路是怎么炸的?搞硬件的都知道,DC-DC芯片工作时,内部MOS管以几十K到几MHz的频率开关。
每次开关的瞬间,都会有一个高频电流从输入电容流过芯片,再回到电容。
这个电流流经的路径,就叫高频回路。
回路面积越大,等效天线越大,辐射的电磁能量就越强。
你说这电容要是放在芯片旁边,电流走的路径就是一个很小很小的圈。
但如果电容离芯片很远,高频电流就得绕一大圈才能到芯片Vin脚——
这个大圈就像一根巨大的天线,疯狂向外辐射电磁波。
EMI测试测的就是这个辐射。
所以很多人拼命在外围想办法,又是滤波又是屏蔽,结果电容位置不对,这些努力全是白搭。
就像水龙头漏水,你拿拖把拼命擦地,不把水龙头关掉永远擦不干净。
这里直接给干货。
原则只有一条:输入电容要尽可能靠近芯片的Vin脚和GND脚。
具体来说:
第一,距离要近。 电容到芯片引脚的距离,越近越好,最好控制在2mm以内。实在因为布局限制拉远了,也别超过5mm。
第二,回路要小。 这两个引脚和电容形成的三点,要尽可能围成最小的闭环面积。走线别拐弯,能用直线就别绕。
第三,覆铜别乱割。 输入电容的地铺铜要完整,让回流路径最短。别在这里打过孔绕来绕去。
你说原理我也懂,但就是放不下怎么办?
老实说,见过太多layout工程师被结构挤压,被其他器件挤占,最后输入电容被逼到角落。
但我跟你说——这个电容的位置,永远是优先级最高的。
其他器件可以挪,这个位置不能让。
真要调整,要么跟结构重新沟通,要么把芯片和电容当成一个整体模块来排布。
说个真实案例去年有个学员做车载仪表板的电源板,12V转5V,3A输出。EMI传导死活过不了Class3。
按我说的方法把输入电容挪到芯片旁边后,传导余量直接多了10dB。
他当时就懵了,说我调了好几天滤波器参数,结果就改了个电容位置的事。
对,就是这么夸张。
EMI整改这件事,从来不是比谁加的器件多,而是比谁能把问题根源找得更准。
方向不对,努力白费。
触类旁通:这个问题不只DC-DC有有人说我做的是LDO,线性电源,没有开关动作,是不是就没这个问题了?
一样有。
LDO虽然不开关,但输入端同样有瞬态响应。当负载突变时,输入端需要提供瞬时电流,这个电流同样要走高频回路。
只不过LDO的高频成分没有DC-DC那么强,问题没那么明显罢了。
另外,像电机驱动、LED驱动这种开关类的电路,输入电容的位置更是生死线。
很多新人画板子习惯先把主电路摆好,然后随便找个地方塞电容。
电容:你礼貌吗?
好了伤疤别忘疼最后说一句。
很多工程师做完整改,通过了测试,就把这个点抛到脑后了。
下次画板子照样乱放,出了同样的问题再回来查。
这个坑真的填一次就够了。
以后画DC-DC、驱动电路,第一件事就是把输入电容的位置定死,定完再动其他器件。
养成习惯,你会发现EMI整改这种事,其实没那么玄学。
找对根源,一次就能搞定。
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