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電源模塊的電磁干擾設(shè)計

作者: 時間:2011-05-31 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  開關(guān)節(jié)點的物理回路面積對于控制也非常重要。通常,出于PCB面積的考慮,者都希望結(jié)構(gòu)越緊湊越好,但是許多人員并不知道哪部分布局對的影響最大?;氐街暗慕祲悍€(wěn)壓器例子上,該例中有兩個回路節(jié)點(如圖4和圖5所示),它們的尺寸會直接影響到水平。

降壓穩(wěn)壓器模型1

圖4 降壓穩(wěn)壓器模型1

降壓穩(wěn)壓器模型2

圖5 降壓穩(wěn)壓器模型2

  Ott關(guān)于不同模式電磁干擾水平的公式(2)示意了回路面積對電路電磁干擾水平產(chǎn)生的直接線性影響。

  E=263×10-16(f2AI)(1/r) (2)

  輻射場正比于下列參數(shù):涉及的諧波頻率(f,單位Hz)、回路面積(A,單位m2)、電流(I)和測量距離(r,單位m)。

  此概念可以推廣到所有利用梯形波形進行電路的場合,不過本文僅討論設(shè)計。參考圖4中的交流模型,研究其回路電流流動情況:起點為輸入電容器,然后在Q1導(dǎo)通期間流向Q1,再通過L1進入輸出電容器,最后返回輸入電容器中。

  當Q1關(guān)斷、Q2導(dǎo)通時,就形成了第二個回路。之后存儲在L1內(nèi)的能量流經(jīng)輸出電容器和Q2,如圖5所示。這些回路面積控制對于降低電磁干擾是很重要的,在PCB走線布線時就要預(yù)先考慮清器件的布局問題。當然,回路面積能做到多小也是有實際限制的。

  從公式2可以看出,減小開關(guān)節(jié)點的回路面積會有效降低電磁干擾水平。如果回路面積減小為原來的3倍,電磁干擾會降低9.5dB,如果減小為原來的10倍,則會降低20 dB。設(shè)計時,最好從最小化圖4和圖5所示的兩個回路節(jié)點的回路面積著手,細致考慮器件的布局問題,同時注意銅線連接問題。盡量避免同時使用PCB的兩面,因為通孔會使電感顯著增高,進而帶來其他問題。

  恰當放置高頻輸入和輸出電容器的重要性常被忽略。若干年以前,我所在的公司曾把我們的產(chǎn)品設(shè)計轉(zhuǎn)讓給國外制造商。結(jié)果,我的工作職責也發(fā)生了很大變化,我成了一名顧問,幫助設(shè)計新手解決文中提到的一系列需要權(quán)衡的事宜及其他眾多問題。這里有一個含有集成鎮(zhèn)流器的離線式開關(guān)的設(shè)計例子:設(shè)計人員希望降低最終功率級中的電磁干擾。我只是簡單地將高頻輸出電容器移動到更靠近輸出級的位置,其回路面積就大約只剩原來的一半,而電磁干擾就降低了約6dB。而這位設(shè)計者顯然不太懂得其中的道理,他稱那個電容為“魔法帽子”,而事實上我們只是減小了開關(guān)節(jié)點的回路面積。

  還有一點至重要的,新改進的電路產(chǎn)生的問題可能比原先的還要嚴重。換句話說,盡管延長過渡時間可以減少電磁干擾,但其引起的熱效應(yīng)也隨之成為重要的問題。有一種控制電磁干擾的方法是用全集成代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流到直流轉(zhuǎn)換器。電源是含有全集成功率晶體管和電感的開關(guān)穩(wěn)壓器,它和線性穩(wěn)壓器一樣可以很輕松地融入系統(tǒng)設(shè)計中。開關(guān)節(jié)點的回路面積遠小于相似尺寸的穩(wěn)壓器或控制器,電源模塊并不是新生事物,它的面世已經(jīng)有一段時間了,但是直到現(xiàn)在,由于一系列問題,模塊仍無法有效散熱,且一經(jīng)安裝后就無法更改。




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