【经验】电源设计——差模滤波！
一、前言
电源基本是每个电子电路的核心部分之一，怎么做好一个电源的EMC设计，却是一个能困扰大部分硬件工程师很长时间的难题。一般的BUCK电路中，芯片的工作频率都会在几十KHz到几MHz，而这也是BUCK电路产生EMI问题的关键。（本文主要以BUCK电路为模型来分析差模滤波该怎么去设计！干货满满，请耐心看完，收获不浅）
二、差模滤波原理
能实现差模滤波的电路有很多，这里就以L式“π型滤波电路”为例进行分析；此差模电路为什么能实现滤波的原因：若L为1μH，（即10^-6）；C为1μF，则F约为159KHz。
串联滤波器件选择L是因为（XL=2πfL）电感通低频阻高频，BUCK电路的输入一般都是直流，频率较低，而BUCK电路自身的开关频率在整个频域上不是特别高，但是对于电感L来讲，是比较高的一个频率，能使得L在几十KHZ到几MHz下，呈现为一个高阻状态；反之，电容通高频阻低频，在这个频率范围下，电容会呈现一个低阻状态。
三、参数设计
因为此电路是一个低通滤波器，电感是串联器件，对于电流的大小比较敏感，而电感的通流能力越大，线径就需要越粗，因此在设计差模滤波电路的时候，建议先确定合适的L，再去计算合适的电容C。
这里计算LC的振荡频率的时候，不能直接让F=1/2π√LC等于BUCK电路的开关频率！一是因为振荡频率在这么高的频率不仅没有滤除原来的噪声，甚至滤波电路自身还会成为噪声源；二是因为我们测试频率是从几百KHz到几GHz，为了让滤波能力最大化，所以LC电路的频率需要“小于”电路的开关频率！
为了让电源输出的纹波比较稳定的同时，电源前端的LC滤波效果最大化，有关资料会推荐将LC的谐振频率取BUCK开关频率1/10来计算，因此计算L与C参数的时候，其计算公式与常规的算法上略有不同为“FLC=FSW/10=1/2π√LC”一般在此基础上，还对此滤波电路的滤波做加强，也就是在外围再加一对匹配电容，此电容为LC里的4倍容值大小（C11=4C1，C22=4C2）。
四、电路设计
前面描述了那么多，但是最关键的地方还是在PCB的Layout上面，布局不合理，有时候怎么调整都不会有明显的变化：
1.滤波不供地，左右电容的GND被迫分离，滤波效果不理想；
2.模块不紧凑，布局导致模块电路被迫分散，滤波效果不理想；
3.分地不彻底，后级GND绕过滤波电路回前级，滤波效果不理想；
想要让电源的EMI测试顺利，且测试数据漂亮，在Layout上不能少花时间。下图为一个实际测试，EMI效果良好的PCB布局，前端共模起抑制与隔离效果，因此共模底部与周边不可以放置铜皮；而差模滤波电路为例确保噪声的滤波效果最大化，放置GND的铜皮位置（也就是GND铺铜网络），选择在差模滤波后端，靠近电源芯片处，且前端布局不要让铜皮离滤波电路过近，这个位置的滤波电感最好选择屏蔽电感，可进一步优化滤波效果。
（此图为参考与推荐布局，实际布局还需自行根据结构、器件大小等其他因素来调整布局。）
五、实际案例
这是某个车载客户在测试VCE的时候，发现BUCK电路的400KHz频率超标，由于客户板内PCB没有差模滤波电路，所以飞了一个DEMO板来测试，最左侧数据是没有加措施的在75dB的位置；中间数据是加了一个8.2μH电感、左右各并一个2.2μF电容的测试数据，在58dB的位置；最右侧的数据是在上一个措施上再在左右两侧弥补一个10μF电容，在40dB的位置，测试得出的效果！
这是另一个车载客户在测试RE单极子天线的时候，发现测试BUCK电路的频率整体都比较高，这个电源芯片的工作频率也是400KHz，因为电源模块是客户外购的，电路部分当时不方便整改，也是在外围飞的DEMO板进行测试！
六、总结
电源EMI设计，这些滤波电路你在测试的时候，可以用不上或者用不着，但是不能没有，不然后期测试想调整的时候，没有位置也没有空间。此外，在考虑电源PCB布局的时候，一定要规划好电源的回路，不能给电源的回路过于开放，导致噪声路径不可控！
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为解决风扇辐射发射的问题，经过沟通，推荐韬略科技的BDL滤波器，主要用在9V输入的地方，型号为BDL1206S035V101T。
应用方案 发布时间 : 2022-06-30
【元件】祥如电子推出一体成型电感XR0630-4R7M，最大直流电阻仅42mΩ，高饱和电流7A
随着电子产品功能的不断增强和设计越来越轻薄，对电感器的尺寸、性能要求也在不断提高。应对市场需求，祥如电子推出电感XR0630-4R7M，以先进的一体成型工艺，实现小型化的同时，也具备高可靠性。
产品 发布时间 : 2024-10-24
低通滤波器的分类及应用解析
滤波器可以定义为一种用于重塑，修改和阻断所有不需要的频率的电路。通常使用三种滤波器设计：低通滤波器，高通滤波器和带通滤波器本文讨论低通滤波器。
原厂动态 发布时间 : 2021-07-03
韬略科技双线平衡滤波器选型表
韬略科技提供双线平衡滤波器的选型：Chip Size：0603、0805、1206、1210；SRF(MHz)：35~900MHz；Rated Voltage (V)：10~500V；Capacitance (A/B)：50~50000 pF
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产品型号
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品类
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Chip Size
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SRF(MHz)
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Rated Voltage (V)
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Capacitance (A/B)
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Tolerance
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BDL0603S035V100T
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双线平衡滤波器
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0603
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35
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10
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50000 pF
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±20%
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选型表 - 韬略科技 立即选型
【元件】祥如电子的XRTC252012S2R2MBCA小型化一体成型电感，直流电阻低至55mΩ，实现低损耗
祥如电子推出小型化一体成型电感XRTC252012S2R2MBCA，其小体积、高饱和电流、电磁屏蔽性、低损耗等特性，适用于对产品体积有严苛要求的小型化产品，能很好地解决产品小体积化、电源高功率密度、电磁兼容性等问题。
产品 发布时间 : 2024-09-29
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服务
提供辐射发射测试、传导发射预测试、EMI噪声频率扫描服务。消费电子辐射发射预测试频率范围30MHz-1GHz、 车载电子9KHz-3GHz，并针对问题给出EMC整改方案。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址： 深圳 提交需求>
可定制射频隔离器/环行器（10M-40GHz），双工器/三工器（30MHz/850MHz-20GHz），滤波器（DC-20GHz），功分器，同轴负载，同轴衰减器等射频器件；可定制频率覆盖DC~110GHz，功率最高20KW。
最小起订量： 1 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
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