开关电源是现代电子设备中不可或缺的一部分，它负责将交流电压转换为直流电压，并保证电压的稳定性。然而，在开关电源工作过程中，由于高速开关动作以及整流、滤波等环节，会产生电磁干扰（EMI），这些干扰可能会对电子设备的正常工作造成影响。本文将详细分享关于开关电源EMI设计方面的经验，包括EMI干扰源、干扰传输通道、EMI抑制措施以及高频变压器的设计和屏蔽。 开关电源EMI的主要干扰源包括功率开关管、整流二极管和高频变压器。功率开关管在开关动作中产生很大的dv/dt和di/dt，即电压和电流的变化率，这些快速的变化是电磁干扰的主要来源。整流二极管的反向恢复特性也会产生EMI，特别是在高频工作情况下，反向恢复电流的断续会产生很高的电压变化率，从而产生强电磁干扰。高频变压器由于漏感问题，当功率开关管关断时会产生尖峰电压，这也是EMI的一个来源。而PCB设计对于抑制这些干扰源至关重要，因为PCB是干扰信号的耦合通道，其设计的优劣直接影响EMI的抑制效果。 开关电源EMI的传输通道可以分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰包括容性耦合、感性耦合和电阻耦合。容性耦合通常发生在具有一定电容性的元件之间，感性耦合则是由于互感效应，而电阻耦合则涉及到公共阻抗。辐射干扰则是通过空间传播的电磁波，可以将干扰源的元器件和导线假设为天线，分析其辐射特性。没有屏蔽的情况下，电磁波会通过空气传输，而在有屏蔽的情况下，则需要考虑屏蔽体的缝隙和孔洞，用泄漏场的数学模型进行分析处理。 为了抑制EMI，设计中可以采取九种主要措施：第一，减小dv/dt和di/dt，降低它们的峰值并减缓变化斜率；第二，合理应用压敏电阻来降低浪涌电压；第三，采用阻尼网络抑制过冲；第四，使用具有软恢复特性的二极管，以降低高频段的EMI；第五，采用有源功率因数校正以及其他谐波校正技术；第六，设计合理的电源线滤波器；第七，进行合理的接地处理；第八，采取有效的屏蔽措施；第九，进行合理的PCB设计。通过这些措施，可以有效地减少开关电源对外界和自身产生的电磁干扰。 高频变压器的设计同样对抑制EMI至关重要。控制高频变压器的漏感是解决其EMI问题的首要任务。控制漏感的措施包括选择合适的磁芯以降低漏感，减小绕组间的绝缘层厚度，并且提高绕组之间的耦合度。在高频变压器的屏蔽方面，可以使用铜箔制成的屏蔽带，将其绕在变压器外部并接地，这样可以抑制漏磁场的泄漏。为了防止由于高频变压器磁心相对位移而产生的噪声，可以使用环氧树脂或“玻璃珠”胶合剂对磁心进行加固。 开关电源的设计中需要对EMI问题给予高度重视，通过合理的设计和选择适当的元件，可以有效地抑制EMI。这些知识和经验将有助于设计出既高效又符合EMC标准的开关电源。

开关电源是一种常见的电力转换设备，广泛应用于电子设备中。然而，开关电源在工作过程中会产生电磁干扰（EMI），这会影响同一电源系统内其他设备的正常工作，同时也会影响周边的电子设备。因此，对开关电源进行EMI设计至关重要。 开关电源的EMI干扰源主要包括功率开关管、整流二极管、高频变压器等关键元件。这些元件在开关动作时会产生高dv/dt和di/dt，导致电场和磁场耦合，进而产生干扰。功率开关管在On-Off快速循环转换时产生显著的电压和电流变化，是电磁干扰的主要源头。高频变压器由于漏感效应，其快速变化的di/dt也是一个重要的干扰源。整流二极管的反向恢复特性会导致电路中的电感在电流断续点产生高dv/dt，从而产生电磁干扰。PCB作为元器件安装的基础，其布线和布局直接影响EMI干扰的强度和传导路径。 开关电源的EMI传输通道可以分为传导干扰和辐射干扰。传导干扰包括容性耦合、感性耦合和电阻耦合。其中，电阻耦合可以通过公共电源内阻、公共地线阻抗、公共线路阻抗来传导。辐射干扰则是由于开关电源中的元器件和导线可以假设为天线，按电偶极子和磁偶极子理论进行分析。没有屏蔽体时，电磁波通过空气传播；有屏蔽体时，需要考虑屏蔽体的缝隙和孔洞，并采用泄漏场的数学模型进行分析。 为了抑制EMI，可以采取以下措施：（1）减小dv/dt和di/dt，即降低其峰值和减缓变化斜率；（2）合理使用压敏电阻，以降低浪涌电压；（3）利用阻尼网络抑制电压过冲；（4）采用具有软恢复特性的二极管，减少高频段的EMI；（5）采用有源功率因数校正和其他谐波校正技术；（6）设计合理的电源线滤波器；（7）合理进行接地处理；（8）采取有效的屏蔽措施；（9）进行合理的PCB设计。 高频变压器的漏感是导致EMI的一个重要因素，因此需要控制漏感。控制措施包括：（1）选择合适的磁芯以降低漏感；（2）减小绕组间绝缘层厚度；（3）提高绕组间的耦合度。此外，使用屏蔽带屏蔽高频变压器的漏磁场，以抑制漏磁干扰；采用加固措施防止变压器在工作中的位移导致的噪声。 在PCB设计方面，应当注意合理布局，以减少EMI源的影响。布线应尽量短而粗，远离高阻抗区域，减少环路面积，避免高速信号的边沿过于陡峭，以减少高频噪声的产生。同时，通过合理布局和设计，可以减少线路间的串扰和耦合。 值得注意的是，尽管采取了各种EMI抑制措施，但由于电磁环境日益复杂，EMI问题仍旧是开关电源设计中不可忽视的一环。在设计时，应持续关注最新的EMC标准和测试方法，确保产品设计满足最新要求，并能够适应未来更严格的电磁兼容性要求。

### 电源技术——开关电源EMI的设计经验 #### 一、开关电源EMI源解析 开关电源中的EMI（电磁干扰）源主要包括功率开关管、整流二极管、高频变压器等内部组件，以及电网波动、雷击和外界辐射等外部因素。 1. **功率开关管**：工作在快速开关状态下的功率开关管会产生剧烈变化的电压和电流（dv/dt和di/dt），这使其成为EMI的主要来源之一。这些变化会产生电场和磁场耦合，导致EMI问题。 2. **高频变压器**：高频变压器由于其漏感的存在，在开关过程中会产生快速变化的电流（di/dt），进而产生磁场耦合，是EMI的另一个重要来源。 3. **整流二极管**：整流二极管在反向恢复过程中产生的电流断续点会在引线电感和其他杂散电感中产生高dv/dt，引发强烈的EMI。 4. **PCB（印制电路板）**：PCB作为上述EMI源之间的耦合通道，其设计质量直接影响到EMI的抑制效果。 #### 二、开关电源EMI传输通道分类 1. **传导干扰的传输通道** - 容性耦合：通过电容性连接在不同电路之间传递干扰信号。 - 感性耦合：通过互感作用在邻近导体之间传输干扰。 - 电阻耦合：包括： - 公共电源内阻产生的电阻传导耦合； - 公共地线阻抗产生的电阻传导耦合； - 公共线路阻抗产生的电阻传导耦合。 2. **辐射干扰的传输通道** - 在开关电源中，元件如二极管、电容和功率开关管可以视为电偶极子，而电感线圈则可以看作磁偶极子，它们都可以作为辐射干扰源。 - 当不存在屏蔽体时，这些偶极子产生的电磁波将通过空气（自由空间）传播。 - 存在屏蔽体的情况下，则需考虑屏蔽体的缝隙和孔洞对电磁波的泄漏效应。 #### 三、开关电源EMI抑制措施 针对开关电源的EMI问题，可以从以下几个方面入手： 1. **减小dv/dt和di/dt**：通过软开关技术等方法来降低电压和电流的突变率，减少EMI的产生。 2. **压敏电阻的应用**：合理配置压敏电阻可以有效降低浪涌电压，减少EMI的影响。 3. **阻尼网络**：利用阻尼网络抑制电压或电流的过冲现象，减少EMI。 4. **采用软恢复特性的二极管**：这类二极管可以降低高频段EMI，改善电源性能。 5. **有源功率因数校正**：采用APFC技术不仅可以改善功率因数，还能减少谐波干扰，降低EMI。 6. **电源线滤波器的设计**：精心设计的电源线滤波器能够有效抑制传导干扰。 7. **合理的接地处理**：良好的接地系统可以减少EMI，提高系统的稳定性。 8. **有效的屏蔽措施**：利用金属屏蔽壳或屏蔽带减少辐射干扰的扩散。 9. **合理的PCB设计**：优化PCB布局，减少信号线之间的耦合，降低EMI。 #### 四、高频变压器漏感控制 1. **选择合适的磁芯**：选择低漏感的磁芯材料可以显著降低漏感。 2. **减小绕组间的绝缘层**：“黄金薄膜”等新型绝缘材料不仅减少了绝缘层厚度，还提高了绝缘性能。 3. **增加绕组间耦合度**：通过改进绕组设计来增强绕组间的磁通耦合，减少漏感。 #### 五、高频变压器的屏蔽与降噪 1. **使用屏蔽带**：在变压器外部绕上铜箔制成的屏蔽带并进行接地，可以有效抑制漏磁场。 2. **加固措施**：使用环氧树脂或“玻璃珠”胶合剂固定磁心，减少磁心间的相对位移，降低工作过程中的噪声。 通过上述方法，可以在设计阶段有效地控制开关电源中的EMI问题，提高电源的整体性能和可靠性。

在开关电源设计中，EMI（电磁干扰）是影响电源性能和电磁兼容性（EMC）的关键因素。EMI干扰源主要来自于开关电源内部的功率开关管、整流二极管和高频变压器等元器件。这些元器件在高速切换时会产生高dv/dt和di/dt，即电压和电流的快速变化，从而导致电磁干扰。外部环境中的电网抖动、雷击和外界辐射也会对开关电源产生干扰。为了设计出符合EMC标准的开关电源，以下是一些重要的设计经验和知识点。 开关电源的EMI源包括功率开关管、整流二极管和高频变压器。功率开关管在开启和关闭的过程中，其电压和电流变化率（dv/dt和di/dt）非常高，因此它既是电场耦合也是磁场耦合的主要干扰源。高频变压器的漏感在磁芯关闭时会产生快速的电流变化，从而成为磁场耦合的重要干扰源。整流二极管的反向恢复特性会产生较高的电压变化率，导致电磁干扰。此外，PCB板设计也极其关键，因为它充当了上述干扰源之间的耦合通道。良好的PCB设计能够有效抑制EMI。 在开关电源EMI传输通道方面，可以将其分为传导干扰和辐射干扰。传导干扰的传输通道主要包括电源内阻、公共地线和公共线路阻抗所引起的电阻传导耦合。辐射干扰的传输通道则涉及到把元器件和导线假设成天线，利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析。在没有屏蔽体的情况下，电磁波的传输通道是空气，而在有屏蔽体的情况下，则需考虑屏蔽体的缝隙和孔洞。 为了抑制EMI，可以采取以下几大措施：减小dv/dt和di/dt以降低干扰峰值和斜率；合理应用压敏电阻以降低浪涌电压；使用阻尼网络抑制过冲；采用具有软恢复特性的二极管降低高频段的EMI；实施有源功率因数校正和其他谐波校正技术；设计合理的电源线滤波器；进行合理的接地处理；采取有效的屏蔽措施；以及执行合理的PCB设计。 对于高频变压器而言，控制漏感是解决EMI问题的重要手段。这可以通过在电气设计和工艺设计上选择合适的磁芯和减小绕组间的绝缘层厚度来实现。同时，增加绕组间的耦合度也有助于减小漏感。此外，为了防止漏磁对周围电路的干扰，可以采用铜箔屏蔽带绕在变压器外部并接地。对于高频变压器的噪声（如啸叫、振动）问题，可以通过用环氧树脂粘接磁心或使用“玻璃珠”胶合剂来加固磁心，抑制相对位移的产生，从而减少噪声。 在开关电源设计中，必须通过优化元器件选择、布局、PCB设计、滤波和屏蔽技术等方法来有效控制EMI，确保电源的稳定性和可靠性，满足电磁兼容性要求。

在使用MOSFET设计开关电源时，大部分人都会考虑MOSFET的导通电阻、最大电压、最大电流。但很多时候也仅仅考虑了这些因素，这样的电路也许可以正常工作，但并不是一个好的设计方案。更细致的，MOSFET还应考虑本身寄生的参数。对一个确定的MOSFET，其驱动电路，驱动脚输出的峰值电流，上升速率等，都会影响MOSFET的开关性能。 当电源IC与MOS管选定之后，选择合适的驱动电路来连接电源IC与MOS管就显得尤其重要了。 一个好的MOSFET驱动电路有以下几点要求： 开关管开通瞬时，驱动电路应能提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值，保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡。 开关导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定且可靠导通。 关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放，保证开关管能快速关断。 驱动电路结构简单可靠、损耗小。 根据情况施加隔离。 下面介绍几个模块电源中常用的MOSFET驱动电路。 1、电源IC直接驱动MOSFET 图1 IC直接驱动MOSFET 电源IC直接

ic 版图设计经验总结 ic 版图设计是集成电路（IC）设计的重要步骤之一。一个良好的版图设计可以确保芯片的可靠性、性能和制造效率。在这里，我们总结了 ic 版图设计的经验总结，包括版图设计的基本原则、版图设计的步骤、版图设计的注意事项和版图设计的技巧。 版图设计的基本原则 1. 版图设计的目标是实现芯片的可靠性、性能和制造效率。 2. 版图设计应该遵守工艺规则和设计规则。 3. 版图设计应该考虑到芯片的电气特性和热特性。 4. 版图设计应该尽量减少芯片的面积和功耗。 版图设计的步骤 1. 分析电路图，了解电路的工作原理和性能要求。 2. 选择合适的工艺和设计规则。 3. 进行版图设计，包括设备的布局、连线和布线。 4. 检查和验证版图设计的正确性和可靠性。 版图设计的注意事项 1. 版图设计应该考虑到芯片的热特性和电气特性。 2. 版图设计应该遵守工艺规则和设计规则。 3. 版图设计应该尽量减少芯片的面积和功耗。 4. 版图设计应该考虑到芯片的可靠性和可维护性。 版图设计的技巧 1. 使用合适的设计工具和软件。 2. 合理安排设备的布局和布线。 3. 使用合适的连接方式和线宽。 4. 考虑到芯片的热特性和电气特性。 ic 版图设计经验总结 1. 查看捕捉点设置是否正确，08 工艺为 0.1，06 工艺为 0.05，05 工艺为 0.025。 2. Cell 名称不能以数字开头，否则无法做 DRACULA 检查。 3. 布局前考虑好出 PIN 的方向和位置。 4. 布局前分析电路，完成同一功能的 MOS 管画在一起。 5. 对两层金属走向预先订好，一个图中栅的走向尽量一致，不要有横有竖。 6. 对 pin 分类，vdd、vddx 注意不要混淆，不同电位（衬底接不同电压）的 n 井分开。 7. 在正确的路径下（一般是进到 ~/opus）打开 icfb。 8. 更改 cell 时查看路径，一定要在正确的 library 下更改，以防 copy 过来的 cell 是在其他的 library 下，被改错。 9. 将不同电位的 N 井找出来。 10. 更改原理图后一定记得 check 和 save。 11. 完成每个 cell 后要归原点。 12. DEVICE 的个数是否和原理图一至（有并联的管子时注意）；各 DEVICE 的尺寸是否和原理图一至。 13. 如果一个 cell 调用其它 cell，被调用的 cell 的 vssx、vddx、vssb、vddb 如果没有和外层 cell 连起来，要打上 PIN，否则通不过 diva 检查。 14. 尽量用最上层金属接出 PIN。 15. 接出去的线拉到 cell 边缘，布局时记得留出走线空间。 16. 金属连线不宜过长。 17. 电容一般最后画，在空档处拼凑。 18. 小尺寸的 mos 管孔可以少打一点。 19. LABEL 标识元件时不要用 y0 层，mapfile 不认。 20. 管子的沟道上尽量不要走线；M2 的影响比 M1 小。 21. 电容上下级板的电压注意要均匀分布；电容的长宽不宜相差过大。 22. 多晶硅栅不能两端都打孔连接金属。 23. 栅上的孔最好打在栅的中间位置。 24. U 形的 mos 管用整片方形的栅覆盖 diff 层，不要用 layer generation 的方法生成 U 形栅。 25. 一般打孔最少打两个。 26. Contact 面积允许的情况下，能打越多越好，尤其是 input/output 部分，因为电流较大。 27. 薄氧化层是否有对应的植入层。 28. 金属连接孔可以嵌在 diffusion 的孔中间。 29. 两段金属连接处重叠的地方注意金属线最小宽度。 30. 连线接头处一定要重叠，画的时候将该区域放大可避免此错误。 31. 摆放各个小 CELL 时注意不要挤得太近，没有留出走线空间。 32. Text2、y0 层只是用来做检查或标志用，不用于光刻制造。 33. 芯片内部的电源线/地线和 ESD 上的电源线/地线分开接；数模信号的电源线/地线分开。 34. Pad 的 pass 窗口的尺寸画成整数 90um。 35. 连接 Esd 电路的线不能断，如果改变走向不要换金属层。 36. Esd 电路中无 VDDX、VSSX，是 VDDB、VSSB。 37. PAD 和 ESD 最好使用 M1 连接，宽度不小于 20um；使用 M2 连接时，pad 上不用打 VIA 孔，在 ESD 电路上打。 38. PAD 与芯片内部 cell 的连线要从 ESD 电路上接过去。 39. Esd 电路的 SOURCE 放两边，DRAIN 放中间。 40. ESD 的 D 端的孔到 poly 的间距为 4，S 端到 poly 的间距为 0.2。 41. ESD 的 pmos 管与其他 ESD 或 POWER 的 nmos 管至少相距 70um 以上。 42. 大尺寸的 pmos/nmos 与其他 nmos/pmos（非 powermos 和 ESD）的间距不够 70um 时，但最好不要小于 50um，中间加 NWELL，打上 NTAP。 43. NWELL 和 PTAP 的隔离效果有什么不同？NWELL 较深，效果较好。 44. 只有 esd 电路中的管子才可以用 2*2um 的孔。怎么判断 ESD 电路？上拉 P 管的 D。

对于不同的编程语言来说，具体的编码规范可以有很大的不同，但是其宗旨都是一致的，就是保证代码在高质量完成需求的同时具备良好的可读性、可维护性。例如我们可以规定某个项目的C语言程序要遵循这样的规定：变量的命名，头文件的书写和#include 等等。

随着电力电子技术的发展，开关电源模块因其相对体积小、效率高、工作可靠等优点开始取代传统整流电源而被广泛应用到社会的各个领域。但由于开关电源工作频 率高，内部产生很快的电流、电压变化，即dv/dt和di/dt，导致开关电源模块将产生较强的谐波干扰和尖峰干扰，并通过传导、辐射和串扰等耦合途径影 响自身电路及其它电子系统的正常工作，当然其本身也会受到其它电子设备电磁干扰的影响。

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这里我谈谈我的一些经验和大家分享，希望能对IC设计的新手有一定的帮助，能使得他们能少走一些弯路!