辐射EMI

对于辐射EMI来说，传统手段是使用电磁场理论进行推导和分析，然而，对于工程应用来讲，繁复的公式推导对于理解和解决EMI问题帮助是有限的，因此，对于辐射EMI来说，我们的方法是建立有明确物理意义的电路模型来帮助解决EMI问题。如下图7所示，辐射EMI可以认为主要通过输入线和输出线组成的偶级子天线向空间辐射，而其驱动源则为变换器本身的共模噪声源。

图7：辐射EMI的产生机理与模型

因此，变换器本身可以通过戴维南定理等效为一个电压源和它的串联阻抗，而天线则使用三个阻抗来分别表示其自身损耗，向外辐射的能量，以及储存的近场能量。我们将从变换器和天线两个方面进行分析。

变换器

对于变换器来说，显然，变换器的源越小，辐射的能量也就越小，如下图8所示，理想状况下，对于非隔离性变换器来说，输入与输出地之间没有阻抗，而等效的源（VCM）为零，也就不会产生EMI辐射。但实际上，由于地之间的PCB走线会产生电感，输入端（P1）与输出端（P3）之间也会产生压降，这样就导致了辐射EMI的产生。

图8：理想与实际Buck-Boost变换器电路模型

据此，我们可以进行EMI建模，同理，使用电压源（VSW）和电流源（ID）对开关等效并使用叠加定理后，如图9所示，我们发现电压源和电流源都会产生辐射的噪声。

（a）电压源（b）电流源

图9：Buck-Boost变换器辐射EMI的噪声源

根据模型，我们可以得到各个源对变换器等效源的传递函数。在实验中，用示波器可以测量电压源，电流源的大小；用阻抗分析仪可以测量模型中各个阻抗的大小；再进行计算即可预测等效源的大小。如下图10所示，预测值与实际测量的等效源的值相符。模型的合理性即得到证明。

图10：预测与实际测量的Buck-Boost变换器等效源

天线

另一方面，对于天线来说，我们可以根据一种固定的EMI测试中的天线长度和摆放，来测量得到它的天线增益。结合我们之前得到的变换器等效源与等效阻抗，我们即可预测实际测量中的EMI噪声。下图则是结果是预测的流程和方法，以及预测结果和实际结果的比较，可以看出，两者有很好的吻合度。

图11：预测与实际测量的Buck-Boost变换器的辐射EMI噪声

因此，一个抑制辐射EMI的有效手段就是减小地的阻抗。而本次我们分享了两种技术来达到这一目的。第一种是通过重新布线来减小输入输出地之间的距离，从而达到减小地平面阻抗的目的。第二种则是在输入和输出侧跨接一个小电容，来通过旁路的方式减小输入和输出之间的阻抗。

图12：减小地平面阻抗的两种方法：重新布线与跨接电容

而测量结果也证实了方法的有效性，下图中分别显示了原始的EMI结果与重新布线后的EMI结果以及跨接电容后的EMI结果对比。由此可见，这两种方法对于辐射EMI都有非常明显的效果。值得一提的是，以上的方法对于非隔离型的变换器是通用的。

图13：辐射EMI测量结果对比：（a）原始EMI与重布线后EMI；（b）原始EMI与电容跨接EMI