便携式应用如手机和掌上电脑，对电磁场非常敏感，这使电磁噪声成为一个突出的问题。转换器在兆赫范围内工作，即使低功率转换器也会在瞬态过程中产生噪声，高频开关会和电路的寄生元件交互作用，产生不可控制的噪声。另外，相关的电压尖峰难以滤除，因此需要详细的转换器工作分析来为系统设计提供参考。当然，机械布局是减小EMI的关键因素。
本文的主要目的是阐明这种噪声的来源，并且评估系统的EMI 污染风险。NCP5007器件和基于PWM 的结构将用以在一个实际应用中进行相关工程测试。

NCP5007 的基本分析
NCP5007 是专为用作LCD背光或照相闪光灯的高效白色LED供电的DC-DC转换器。其正常工作时典型电压Vf为3.8V，因此LED不能用标准的3.6V电池组供电，必须提供一个升压电路来将电压提高到二极管需要的偏置。而且，这些LED通常串联以获得二极管中的恒定电流，确保LCD显示器上有均匀和恒定的亮度。
典型应用如图1所示。它驱动标准LCD 显示器的背光，由外部CPU 或其它数字控制器提供命令位EN。
带一个10W的检测电阻，在温度范围内通过LED的直流电流是20mA，公差为±10%。输出电压是 19V(典型值 )，而且1mF 电容必须相应调整。C1和C2必须使用陶瓷类型的X5R。
EN信号(使能端，引脚3 ) 用于接通/断开二极管，当EN = Vbat时，芯片为LED提供恒定的电流。另一方面，通过在引脚3上施加PWM信号，EN信号也可以用于控制背光的亮度。
基本上，芯片在PFM 模式中以两个周期工作：
周期 #1 ：能量储存到电感中
周期 #2 ：能量提供给负载
当然，从实际的角度看，电感必须调整，以处理电路中的峰值电流，避免磁心的饱和。更重要的是，铁氧体材料能够在高频工作(>1MHz)，以降低周期中的涡流损耗。
简化的PSPICE模型(见图2)包括和NCP5007内部键合有关的寄生电感，以及输出引脚和地之间的杂散电容。负载由白色LED LWT67C 模型(OSRAM GmbH)提供，它并联了一个1mF的储能电容。电感包括ESR和引线产生的杂散电容。由于此时印制线和引线ESR，的重要性不占首位，所以可以忽略，除非布局实在太差。

脉冲尖峰VSPK#1
假设系统在稳态工作，流进NMOS的电流突然切断而且电压上升( 根据愣次定律)，直到肖特基二极管正向偏置。当输出电压高于Vout +Vf时，电感电流流向负载 。在输出电压为正斜率时，因为NMOS 元件断开杂散电容和寄生电感产生了一个LC振荡网络。根据MBR0530数据表，内部杂散电容从170pF(Vr=0V时) 变为40 pF ( Vr = 12V时)。
Vr=10V时，因为Vout=稸f×LED，则
F=
F=
  =178MHz
周期T根据下式导出：T=1/F=1/178×106=5.6ns。
除了电压效应以外，必须考虑尖峰辐射的能量水平。在这个应用中，能量从寄生电感传输到杂散电容上。相应的，可以计算出储存在寄生电感中的能量：
Ej×L×I2
Ej×20×10-9×0.062=36nJ
这样的能量水平特别低，不会污染环境。

尖峰VSPK#2
当电流到负载的传输完成，NMOS开关接通后，此尖峰在输出电压的负斜率时产生。
能量从充电的杂散电容传输到寄生电感，产生振荡。假设总杂散电容为80pF ( NCP5007焊盘、PCB和肖特基二极管 )，可以得到：
Ej×C×V2
(V=白色 LED Vf的和)
(C=总杂散电容，只为一阶)
Ej×80×10-12×122=5.7nJ
能量部分耗散在电阻中部分耗散在内部NMOS器件的Rdson中。
可见，5.7nJ 的能量太小了，不会污染功率器件的环境。而且，能量不是由外部电感元件辐射，仅限于寄生结构，因此更不可能干扰其他的应用。

不连续工作模式的分析
芯片工作在完全不连续模式中时，PWM模式容易进入这种不连续周期。这将导致在电感和负载之间的传输结束时产生大的振荡。当然，可以用内部电路来避免这种振荡(例如振铃抑制电路)，但是不是所有的 IC都有这种特点。振荡不只是肖特基二极管唯一的结果，还来自和杂散电容有关的大电感(22mH )。假设有30pF的杂散电容(肖特基二极管具有最小的寄生电容，因为反向电压最大)，频率是 6.2MHz，产生了161ns的周期。计算值在用基于PWM 的白色 LED驱动器作为参考进行评估测试的范围内。
在此，可以导出在这个周期中辐射的能量水平：
Ej×L×I2(I=振荡时的电流水平，只为一阶)
Ej×22×10-6×0.042=4.4nJ
尽管这样的水平对于主电感来说是低的，元件可能将此能量的大部分辐射到磁心以外，除非采用带屏蔽的磁芯。
 除了结构以外，从功率器件的角度看，PWM 模式和NCP5007之间的主要区别是内部NMOS的Rdson。这里电阻为1.7W，而PWM芯片的是0.5W。其结果包括：
1. Rdson较小，则基于PWM 的芯片可能有较大的Cdg、Cgs和Cgs电容，因此有较慢的dI/dt。而较慢的dI/dt 减小了寄生电感的效应。
2. 相似的，对于从杂散电容传输的相同数量的能量，较小的Rdson产生了较小的电压尖峰。

频谱分析
示波器捕捉的波形对于评价给定产品的行为非常有用，但是它们没有给出EMI 性能的信息。在此，需要一个频谱分析仪来分析该器件在相当大的带宽范围内的特性。
为了更好地分析来自芯片的脉冲尖峰，对返回电源的噪声进行了测量和记录，参见图3。由两条曲线的数学积分得到频谱密度，NCP5007为0.826mVrms，而基于 PWM 的芯片为238mVrms，两者都是在100kHz~30MHz的带宽中。
 NCP5007的性能比基于PWM 的白色LED驱动器更好，特别是在100kHz~1MHz频带范围内。
PSPICE 仿真
在实验室进行分析之前对电路进行了仿真。评估配置如图4所示。
使用较低的Rdson产生较小的脉冲尖峰，小杂散电容二极管在瞬态过程中提供很低的噪声。
寄生元件基于现有的封装和硅设计。杂散电容的值(C5)不仅取决于内部结构，还与PCB布局有关。
测试条件
1. 温度： 室温， +20
2. 示波器： Tektronix TDA754/
    D，工作在DPO模式
3. 电压探头： Tektronix P6139A
4. 电流探头： Tektronix TCP202
5.输入电源：Tektronix PS2520G
6. 输入电源偏置： 3.60V
7. 输出负载： 3 个白色LED
8.输出直流电流：
    NCP5007=10mA，基于PWM
    的芯片=18mA (Rsense=22W)
9. 电感： 22mH
10. 频谱分析仪 ：ROHDE和
      SCHWARZ， FSIQ 7
11. 频谱分析仪 ： HP4195A
12. EMI探头： HP11941A
13. HF探头： HP41800A  ■