电容器散热器的电磁干扰及其解决方法

选择合适的散热器可以帮助您保持系统冷却并防止EMI.

虽然这可能不明显，或者大多数设计师可能不会考虑检查，但当散热器连接到开关元件时，可以产生EMI。这是电源设计中的一个常见问题，每当散热器与高电流高频切换的组件接触时就会出现。减少散热器的EMI需要平衡传导和辐射部分，有一些简单的设计步骤可以帮助您做到这一点。

散热器和寄生电容的EMI

当大多数设计师考虑为他们的板上组件选择散热器时，他们可能只是简单地按照制造商的推荐进行选择。他们可能会使用与制造商推荐的尺寸相似但由导热性更高的材料制成的散热器。在某些情况下，设计师可能会选择主动冷却措施，如冷却风扇，或者（在极端情况下）液体或蒸发冷却。当使用标准化组件时，特别是当制造商提供所需的散热器和组装指南时，所有这些行动都是适当的。

自从CPU速度达到1 GHz及以上以来，散热器产生的辐射和传导EMI开始变得更加明显，尽管这可能被许多电力电子和计算机系统行业之外的设计师所忽视。今天，通常认为应该简单地将散热器接地，这将解决EMI问题。实际上，这并不能完全消除问题，解决问题需要管理寄生电容。

两种类型的EMI都是由于开关IC与附近散热器之间的寄生电容耦合引起的。如果您检查具有开关晶体管的集成电路的结构，可以立即看到芯片封装和任何热界面材料或糊料形成了电容器中的绝缘区域。这种寄生电容负责在散热器中诱导共模电流。

示例：垂直散热器与MOSFET粘合。

接下来会发生什么取决于散热器是否接地。如果散热器未接地，那么散热器和芯片就像一个辐射电磁干扰（EMI）的源头，因为对于任何电容耦合的电流来说，没有一条容易的回地路径。电流将在散热器中激发多个电磁共振，创建一组电流强烈且辐射强烈的区域。这就是散热器通常默认接地的一个原因。然而，散热器中诱导的强电流并被引向地面，可以在附近的电路中创建一个导电EMI源，这取决于地回路路径。

为什么散热器的辐射或导电EMI问题没有更多地被提及？有很多原因。通常，散热器的EMI在两种情况下变得明显：

• 切换时的高电流吸引。 这是功率电子中的一个问题，其中一个笨重的晶体管在大型切换调节器中切换。在更短的时间内切换到更高的电压会在散热器中产生更大的位移电流。

• 处理器中的快速切换。 运行速度更快的处理器可以轻松地在散热器中产生大量的位移电流。它们还可以轻松激发散热器中的高频共振。

在这两种情况下，设计高电压/电流切换电源时需要考虑到与散热器的电容耦合。其他应用包括GPU和CPU的电压调节模块（VRM），特别是在低电压运行的设备中。

平衡散热器的导电和辐射EMI

通常的解决方案是简单地将散热器接地。这通过将共模位移电流返回到参考平面来减少辐射EMI的问题。这需要使用具有导电表面处理的散热器。如果散热器悬浮不接地，它将像一个大型偶极天线一样行动，并且当激发共振时可以强烈辐射。由于电源中的开关数字组件或MOSFET具有宽信号频谱，多个共振可以在悬浮散热器中被激发，产生复杂的辐射模式。

减少散热器辐射EMI的一个选项是简单地使用一个较小的接地散热器。然后可以用一个小风扇来补充。然而，使用风扇会带来自己的EMI问题，这取决于风扇的安装位置和方式。另一个选项是在散热器和组件之间使用一个接地的热垫圈。然后热垫圈通过两侧的导热膏与组件和散热器粘合。这有效地创建了两个并联的电容器，减少了总的杂散电容。一些商业可用的散热器将包含这种内置的热垫圈。

这种奇特形状的散热器具有独特的共振结构，尤其是当它接收到开关数字信号的位移电流时，可以在多种频率下辐射。

你使用的导热膏或TIM将决定杂散电容的大小。理想情况下，你应该使用具有较低介电常数的TIM或膏体，因为这将进一步减少杂散电容，无论你使用哪种方法减少EMI。

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