作者：Samuel Accardo，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師，基美電子（KEMET）
現(xiàn)代消費(fèi)者比以往任何時(shí)候都更熱衷于追求和接受新鮮技術(shù)。隨著對(duì)智能手機(jī)、智能手表、平板電腦和可穿戴健身手環(huán)等設(shè)備進(jìn)行更新，他們對(duì)每一代新產(chǎn)品的性能預(yù)期也都會(huì)提升。他們不僅要求功能增強(qiáng)，而且期望設(shè)備變得更小、更快，運(yùn)行時(shí)間也要比前代產(chǎn)品更長(zhǎng)。
雖然這種對(duì)最新產(chǎn)品的強(qiáng)烈欲望推動(dòng)了科技公司的業(yè)務(wù)發(fā)展，但它也對(duì)負(fù)責(zé)新設(shè)計(jì)的工程師們帶來(lái)了挑戰(zhàn)。為了創(chuàng)建高密度電路并增加運(yùn)行時(shí)間，效率也必須提高。然而，隨著設(shè)計(jì)中的電子元器件變得越來(lái)越小型化和密密麻麻，在電磁干擾（EMI）相關(guān)問(wèn)題上不偷工減料就顯得愈發(fā)重要。
電源轉(zhuǎn)換
所有的便攜式設(shè)備都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是它們都由某種形式的電池供電。然而，來(lái)自電池的電壓不太可能直接為構(gòu)成產(chǎn)品設(shè)計(jì)核心的半導(dǎo)體器件所用，因此需要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將電壓變換（并穩(wěn)定）到正確的水平。
所謂的“降壓”轉(zhuǎn)換器已經(jīng)變得非常流行——它為將電池電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的半導(dǎo)體電源提供了一種簡(jiǎn)單且更有效的方式。降壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)“斬?cái)唷眮?lái)自電池的直流電壓來(lái)改變電平，但是此舉有可能引入EMI相關(guān)問(wèn)題。
雖然EMI話(huà)題可能非常復(fù)雜，但設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)大多數(shù)降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)有許多問(wèn)題都應(yīng)當(dāng)關(guān)注：
· 電流回路的布局
· 元器件放置
· 輸出紋波電壓
· 輸入電容器的選擇
· 輻射EMI抑制
為了減小電源轉(zhuǎn)換器和相關(guān)磁性器件的尺寸，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)使用更高的開(kāi)關(guān)頻率。然而，隨著電流變化率（di/dt）的增加，產(chǎn)生EMI的可能性也會(huì)增加。為了最大限度地減少這些影響，了解電流如何在元器件之間流動(dòng)就非常重要。一旦清楚地了解了電流路徑，設(shè)計(jì)人員就應(yīng)確保所有的返回電流路徑，尤其是接地走線(xiàn)，盡可能短并且低阻抗。
電流以及所選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（此例中為降壓拓?fù)洌┰诖_定元器件布局方面也起著重要作用。
一個(gè)關(guān)鍵考慮因素是在放置電容器和電感器時(shí)要確保電流回路最短。這樣做時(shí)，需要對(duì)輸入電源走線(xiàn)進(jìn)行布線(xiàn)。在此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保使這些走線(xiàn)的電感大于輸入電容器的ESR——這也就解釋了為什么低ESR的電容器會(huì)是不錯(cuò)之選。
同時(shí)，在輸入方面，電容器的選擇也很重要，設(shè)計(jì)人員不應(yīng)予以忽視。電容器是電源轉(zhuǎn)換器的重要組成部分，選擇具有高能量的電容器，如基美電子（KEMET）的KO-CAP聚合物電容器，或低ESR的MLCC器件，是很好的做法。將這兩種類(lèi)型組合在一起，可以降低紋波電壓并最大限度地減少元器件數(shù)量。
選擇輸入電容時(shí)，還應(yīng)記住輸出電流會(huì)直接影響輸入紋波電壓。對(duì)瞬態(tài)電流的要求進(jìn)行定義可能很艱巨，但它會(huì)直接影響輸入電容的選擇，因此是設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)重要步驟。
通常，在解決EMI問(wèn)題時(shí)，盡管紋波電壓較大極有可能引起EMI問(wèn)題，但電流卻是首要考慮因素。根據(jù)歐姆定律，通過(guò)功率電感器的交流電流流入輸出電容器，遇到ESR會(huì)產(chǎn)生紋波電壓。因此，選擇具有低ESR的輸出電容可降低輸出紋波電壓。
傳導(dǎo)EMI通常是降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的問(wèn)題。然而，特別是在密集排布的設(shè)計(jì)，例如現(xiàn)代消費(fèi)類(lèi)設(shè)備中，輻射EMI也是一個(gè)問(wèn)題。雖然良好的布局和布線(xiàn)設(shè)計(jì)等技術(shù)可以減少這個(gè)問(wèn)題，但它無(wú)法完全避免。
鐵氧體器件，例如基美電子的Flex Suppressor（柔性抑制片）產(chǎn)品，對(duì)于創(chuàng)建電路內(nèi)屏障非常有用，其可有效地將敏感電路區(qū)域與可能耦合到不期望輻射噪聲的其他部分相隔離。
高效設(shè)計(jì)
解決了潛在的噪聲問(wèn)題后，就需要考慮降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的整體效率。更高效的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間；由于發(fā)熱量減少，元器件也可以更緊密地放置在一起，這樣，設(shè)計(jì)人員就能夠靈活地縮短走線(xiàn)，從而解決EMI問(wèn)題。
電源工程師可使用降壓控制器IC和精心設(shè)計(jì)的功率電感器來(lái)最大限度地降低損耗并提高效率。選擇能夠在高頻下工作并能提供大電流飽和特性和低直流電阻（DCR）的電感器，對(duì)于高效降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
基美電子的METCOM新系列電感器可有效支持更高效的降壓轉(zhuǎn)換器開(kāi)發(fā)，并適用于包括EMI濾波在內(nèi)的其他電源相關(guān)應(yīng)用。金屬?gòu)?fù)合磁芯具有大電流飽和特性，可使電感器在大紋波電流下保持運(yùn)作。高磁導(dǎo)率可實(shí)現(xiàn)低DCR，這樣就可在大電流工作期間顯著減少自發(fā)熱，從而提高系統(tǒng)效率并減少對(duì)散熱設(shè)計(jì)考慮的需要。
METCOM電感器具有屏蔽結(jié)構(gòu)，因此可將大部分磁通量控制在電感器體內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)更高效的工作。這樣就可增強(qiáng)輻射EMI性能，并顯著降低與附近電路區(qū)域的RF耦合。
基美電子新型電感器的取值范圍從0.10mH到47.00mH，DCR值低至1.5mW。它們可以處理高達(dá)35.4A的電流，工作溫度在-55℃至+155℃之間。其封裝面積小至5.3mm×5.00mm，高度低至2.0mm，非常適合現(xiàn)代電源應(yīng)用中的密集電路使用。
本文小結(jié)
在這個(gè)互聯(lián)時(shí)代，我們每天都離不開(kāi)各種高科技設(shè)備，而電源轉(zhuǎn)換對(duì)于提供這些產(chǎn)品來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。設(shè)計(jì)人員要想創(chuàng)建更密集的設(shè)計(jì)，提高效率和控制EMI是其關(guān)鍵挑戰(zhàn)。但是，若能遵循良好的設(shè)計(jì)實(shí)踐并仔細(xì)選擇元器件，這些挑戰(zhàn)就能迎刃而解。
