作者：Samuel Accardo，現場(chǎng)應用工程師，基美電子（KEMET）
現代消費者比以往任何時(shí)候都更熱衷于追求和接受新鮮技術(shù)。隨著(zhù)對智能手機、智能手表、平板電腦和可穿戴健身手環(huán)等設備進(jìn)行更新，他們對每一代新產(chǎn)品的性能預期也都會(huì )提升。他們不僅要求功能增強，而且期望設備變得更小、更快，運行時(shí)間也要比前代產(chǎn)品更長(cháng)。
雖然這種對最新產(chǎn)品的強烈欲望推動(dòng)了科技公司的業(yè)務(wù)發(fā)展，但它也對負責新設計的工程師們帶來(lái)了挑戰。為了創(chuàng )建高密度電路并增加運行時(shí)間，效率也必須提高。然而，隨著(zhù)設計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。
電源轉換
所有的便攜式設備都有一個(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成產(chǎn)品設計核心的半導體器件所用，因此需要對其進(jìn)行轉換，將電壓變換（并穩定）到正確的水平。
所謂的“降壓”轉換器已經(jīng)變得非常流行——它為將電池電壓轉換為穩定的半導體電源提供了一種簡(jiǎn)單且更有效的方式。降壓轉換器通過(guò)“斬斷”來(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)題可能非常復雜，但設計人員在設計大多數降壓轉換器時(shí)有許多問(wèn)題都應當關(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
為了減小電源轉換器和相關(guān)磁性器件的尺寸，設計人員通常會(huì )使用更高的開(kāi)關(guān)頻率。然而，隨著(zhù)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，設計人員就應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。
電流以及所選拓撲結構（此例中為降壓拓撲）在確定元器件布局方面也起著(zhù)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)，需要對輸入電源走線(xiàn)進(jìn)行布線(xiàn)。在此，設計人員應確保使這些走線(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 )是不錯之選。
同時(shí)，在輸入方面，電容器的選擇也很重要，設計人員不應予以忽視。電容器是電源轉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量。
選擇輸入電容時(shí)，還應記住輸出電流會(huì )直接影響輸入紋波電壓。對瞬態(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，因此是設計過(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EMI通常是降壓轉換器設計中最常見(jiàn)的問(wèn)題。然而，特別是在密集排布的設計，例如現代消費類(lèi)設備中，輻射EMI也是一個(gè)問(wèn)題。雖然良好的布局和布線(xiàn)設計等技術(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，對于創(chuàng )建電路內屏障非常有用，其可有效地將敏感電路區域與可能耦合到不期望輻射噪聲的其他部分相隔離。
高效設計
解決了潛在的噪聲問(wèn)題后，就需要考慮降壓轉換器設計的整體效率。更高效的設計可以實(shí)現更長(cháng)的運行時(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，設計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和精心設計的功率電感器來(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，對于高效降壓轉換器設計至關(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換器開(kāi)發(fā)，并適用于包括EMI濾波在內的其他電源相關(guān)應用。金屬復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作。高磁導率可實(shí)現低DCR，這樣就可在大電流工作期間顯著(zhù)減少自發(fā)熱，從而提高系統效率并減少對散熱設計考慮的需要。
METCOM電感器具有屏蔽結構，因此可將大部分磁通量控制在電感器體內，從而實(shí)現更高效的工作。這樣就可增強輻射EMI性能，并顯著(zhù)降低與附近電路區域的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，非常適合現代電源應用中的密集電路使用。
本文小結
在這個(gè)互聯(lián)時(shí)代，我們每天都離不開(kāi)各種高科技設備，而電源轉換對于提供這些產(chǎn)品來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。設計人員要想創(chuàng )建更密集的設計，提高效率和控制EMI是其關(guān)鍵挑戰。但是，若能遵循良好的設計實(shí)踐并仔細選擇元器件，這些挑戰就能迎刃而解。
