在工业系统中，24V 直流母线被广泛用作供电电源。然而，许多工业设备实际需要更低的工作电压，DC/DC 电源模块便在此场景中发挥关键作用，可提供稳定可靠、高效且符合电磁兼容性(EMC)标准的供电方案。

自动化系统、工业机器人、仓储物流等工业应用，均依赖大量传感器、执行器与控制设备协同工作。这类器件需要精准的电压调节，才能保障整个系统的功能稳定与运行可靠。中间级 DC/DC 母线转换器因此成为不可或缺的核心部件，承担着为设备提供稳定高效电源的关键作用(见图 1)。

图1

中间级转换器的核心功能，是将波动频繁的直流母线电压，转换为可精准匹配机械设备、控制系统及其他用电负载需求的稳定输出电压。

此类 DC/DC 转换器的一大核心优势，在于能够通过降低能量损耗提升系统可靠性，从而实现能效最大化。这一优势主要依托以下三大特性实现：

· 降低系统复杂度

· 简化布线设计，优化电磁干扰(EMI)表现

· 支持多电源模块同步运行

一、降低系统复杂度

构建系统所需的元器件数量越多，系统的整体可靠性就越低。因此，优化系统设计的核心思路，是尽可能减少元器件的使用数量。在 DC/DC 转换领域，这一思路具体表现为从分立器件方案向高度集成化方案转型。

设计一款分立型转换器的设计流程，至少需要经历以下步骤：

· DC/DC 转换器本体方案设计

· 电路拓扑结构选型

· 控制芯片(IC)选型

· 功率器件(场效应管、二极管、电感)的参数计算与选型

· 输入输出电容的参数计算与选型

· 测试平台搭建

· 全输入 / 输出电压范围、全负载电流范围内的稳压性能优化

· 兼顾电磁兼容性与散热性能的 PCB 布线设计

· 确保可制造性的整体设计验证

· 电磁兼容性与产品安规预测试

· 物流链路与生产安全保障

而对于MagI3C 系列电源模块，上述所有分立型 DC/DC 转换器的设计步骤均已由厂商完成。设计人员可借助免费在线设计工具 REDEXPERT，提前预估模块的电磁兼容性表现与散热性能。这一工具支持工程师根据应用场景的电气参数，精准匹配合适的电源模块，从而省去上述所有繁琐的设计环节。

选用 VDLM 系列电源模块，能够大幅缩短产品的整体上市周期，同时节省宝贵的设计资源。该系列模块支持最高 36V 直流输入电压、最大 5A 输出电流，以高功率密度的设计方案，实现在极小空间内输出最大化功率的应用需求。

二、简化布线设计，优化电磁干扰表现

当前主流的 DC/DC 电源模块多采用高频开关模式运行。高频开关技术可有效缩小转换器体积 —— 这是因为更高的开关频率允许使用规格更小的无源器件(如电感和电容)。

在高频工况下，无源器件的参数值可相应降低：虽然开关周期内的能量传输量减少，但传输频率提升，最终实现元器件物理尺寸的缩减，让整个转换器的结构更紧凑。

这也意味着，设计寄生参数尽可能小的 PCB 布线方案至关重要。

图2

图 2 所示电路原理图中的每一个元器件及连接线路，都对应着印刷电路板(PCB)上的实际物理元件。这些物理元件均存在寄生参数，而这些参数有可能对应用系统造成不良影响。

PCB 上的每一条走线都存在寄生电感、寄生电容和寄生电阻等特性。下文将重点分析走线寄生电感带来的负面影响，并阐述如何通过对称式布线方案，将这类影响降至最低。

在降压转换器中，寄生电感可能引发以下问题：

· 压尖峰(过冲)：寄生电感会存储能量，在场效应管的导通与关断过程中，这些能量会释放形成电压尖峰，可能损坏器件或大幅降低转换器效率。

· 电磁兼容性问题：寄生电感产生的电磁场会耦合到周边电路，甚至干扰附近的其他电子设备。

· 率损耗增加

· 电路振荡(振铃)

为降低上述负面影响，设计人员需精心规划电路布线，并选用合适的元器件，从而减小寄生电感的实际影响。

通过对比传统线性布线与对称式布线两种方案的寄生电感参数(见图 3、图 4)，可直观看到对称式布线的优势。

图3

为简化分析，图 3 中将输入电压(VIN)与接地(GND)回路的寄生电感，分别等效为总寄生电感 LPa_1 和 LPa_2。

图4

从技术原理来看，当流经电感的电流突然中断时，电感中存储的能量会感应产生电压。该感应电压的大小与电流变化率成正比，可用如下公式表示：

VL = L × (di/dt)

其中，VL 为感应电压，L 为电感值，di/dt 为电流的瞬时变化率。

由此可见，感应电压是造成电磁干扰的重要来源。寄生电感在公式中是关键变量，因此必须通过科学合理的布线设计，尽可能降低寄生电感值。

为确定不同布线方案的寄生电感参数，我们基于 ANSYS 仿真软件，对两种布线方案进行建模分析。表 1 与表 2 列出了开关频率为 1.7MHz 时的电感参数仿真结果。

表1

表2

为更直观地理解仿真结果对感应电压的影响，图 5 展示了图 3 对应的两种电路拓扑结构。

图5

在线性布线方案中，寄生电感 LPa_1 与 LPa_2 呈串联状态，总电感值为两者之和(2.8nH);而在对称式布线方案中，这两个寄生电感呈并联状态，等效电感值降至原来的一半(0.85nH)。更低的电感值会减小感应电压 VL，进而降低电磁干扰水平。

本分析未将输入电容(多层陶瓷电容)的寄生电感纳入考量，原因在于本次对比的核心是不同布线方案的差异，且两种方案均采用了相同规格的多层陶瓷电容作为输入电容。

图 6 通过对比线性布线与对称式布线的实测数据，直观呈现了两种方案的性能差异。测试结果显示的是 DC/DC 电源模块直流输入侧的干扰电压值。

图6

对比开关频率 1.7MHz 起始的频谱曲线可以发现，采用对称式布线方案后，干扰电压水平降低了约 4.5dBμV。

三、支持多电源模块同步运行

VDLM 1710×3601 系列 DC/DC 电源模块，是一款高度集成的转换器产品。它将开关稳压芯片、集成场效应管、补偿电路及屏蔽电感等核心部件，全部集成于单一封装内。

从原理上来说，无论采用分立器件方案还是电源模块这类高度集成方案，场效应管的开关动作都会产生电磁干扰。这类干扰在电磁兼容性测试中，通常表现为传导谐波干扰幅值，其干扰特性与开关频率直接相关。

当多个 DC/DC 转换器以 “电源树” 架构组网运行时(见图 1)，可能引发两种典型的电磁兼容问题：拍频现象与输入电流正向叠加。

对于正弦波而言，拍频是指两种频率相近但波长不同的波形相互干扰。由于频率差异较小，两种波形会交替产生相长干涉与相消干涉，导致合成波形的幅值呈周期性变化。在电磁兼容性测试的频谱图中，拍频表现为频率低于开关频率的干扰幅值。两个不同频率的信号产生拍频的频率计算公式如下：

fs = (fPM1 − fPM2) ÷ 2

其中，fs 为拍频频率，fPM1 为电源模块 1 的开关频率，fPM2 为电源模块 2 的开关频率。

DC/DC 电源模块的梯形输入电流，可通过傅里叶分析分解为多个正弦波分量。上述公式也可用于对非正弦输入电流特性的 DC/DC 电源模块，进行拍频频率的初步估算。

举个例子，若某一应用场景中同时使用了开关频率为 1000kHz 和 1100kHz 的两款 DC/DC 转换器，系统就会产生频率为 50kHz 的拍频干扰。即便两款转换器标称的开关频率相同，受内部元器件公差影响，实际开关频率通常会存在 ±10% 的偏差，这种偏差同样会引发拍频现象。

当多个电源模块同步开关运行时，会出现输入电流正向叠加的情况(见图 7)。这种运行模式被称为同步模式。

图7

在同步模式下，输入回路会出现最大峰值电流，进而导致干扰频谱图中出现幅值峰值。

关于非隔离式 DC/DC 电源模块的开关特性，更多技术原理与细节可参考《电源模块基础知识手册》;而 DC/DC 转换器滤波相关的技术内容，可查阅《DC/DC 转换器应用手册》。

四、VDLM 系列电源模块的核心优势

本文所阐述的技术原理表明，以 VDLM 系列为代表的现代 DC/DC 电源模块，能够高效满足工业应用的严苛需求。其核心优势体现在以下方面：

高度集成化设计：将所有核心元器件集成于单一封装内，大幅降低系统设计复杂度，加快产品研发进度，提升系统运行可靠性。

优化的布线方案：VDLM 171043601 与 171053601 等型号采用对称式布线设计，可有效减小寄生电感，显著改善电磁兼容性表现。仿真与实测数据均验证了该方案相比传统线性布线的性能优势。

灵活的同步控制：多模块同步运行时，通过针对性的频率管理策略，可有效规避拍频现象与电流叠加问题，降低电磁干扰水平。

该系列产品以紧凑的结构实现高功率密度输出，是应对严苛工业环境的理想供电方案，助力现代电源系统实现性能优化升级。