隔離式DC/DC變換器的電磁兼容設(shè)計(jì)

(1)雙絞線、同軸電纜都能有效地抑制電磁干擾在脈沖信號(hào)傳輸線路中常使用雙絞線，控制輔助電源線和傳感器信號(hào)線最好用雙絞屏蔽線。因?yàn)殡p絞線兩根線之間有很小的回路面積，而且雙絞線的每?jī)蓚€(gè)相鄰的回路上感應(yīng)出的電流具有大小相等、方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，這樣就可以減小因輻射引起的差模干擾，不過(guò)雙絞線絞合的圈數(shù)最好為偶數(shù)，且每單位波長(zhǎng)所絞合的圈數(shù)愈多，消除耦合的效果愈好。使用時(shí)注意雙絞線和同軸電纜兩端不能同時(shí)接地，只能單端接地，而對(duì)屏蔽線，屏蔽層兩端接地能既能屏蔽電場(chǎng)還能屏蔽磁場(chǎng)，單端接地只能屏蔽電場(chǎng)。使用同軸電纜時(shí)還要注意，其屏蔽層必須完全包覆信號(hào)線接地，即接頭與電纜屏蔽層必須360°搭接，才能有效屏蔽電磁場(chǎng)，如圖8所示，信號(hào)線裸露部分仍可以與外界形成互容耦合，降低屏蔽效能。

(2)帶狀電纜適合于短距離的信號(hào)傳輸為了降低差模信號(hào)的電磁輻射，必須減小信號(hào)線和信號(hào)回流線所形成的回路面積，因此，在設(shè)計(jì)帶狀電纜布局時(shí)，最好將信號(hào)線與接地線間隔排列。如圖9所示，其中S為信號(hào)線，G為信號(hào)地線。

3.9元器件的選擇

熱傳播的方式有三種，即傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。熱輻射是以電磁波的形式向空間傳播的，熱傳導(dǎo)也會(huì)向周圍其它元器件傳導(dǎo)熱量，這些都會(huì)影響其它元器件或電路的正常工作，因此，從元器件熱設(shè)計(jì)方面考慮要盡量留有較大余量，以降低元器件的溫升及器件表面的溫度，除元器件對(duì)溫升有特殊要求外，一般開關(guān)電源要求內(nèi)部元器件溫度小于90℃，內(nèi)部環(huán)境溫度不超過(guò)65℃，以減少熱輻射干擾。

對(duì)數(shù)字集成電路，從電磁兼容性角度看，應(yīng)多選用高噪聲容限的CMOS器件代替低噪聲容限的TTL器件。

盡量使用低速、窄帶元器件和電路。

選用分布電感較小的表面貼裝元器件(SMD)，選用高頻特性好、等效串聯(lián)電感低的陶瓷介質(zhì)電容器、高頻無(wú)感電容器、三端電容器和穿心電容器等作濾波電容。

3.10控制電路及PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)

信號(hào)地是指信號(hào)電流流回信號(hào)源的一條低阻抗路徑。在設(shè)計(jì)中往往由于接地方法不恰當(dāng)而產(chǎn)生地環(huán)路干擾和公共阻抗耦合干擾。因此，要合理選用接地方式，接地的方式有單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。

1)地環(huán)路干擾常發(fā)生在通過(guò)較長(zhǎng)電纜連接，地相距較遠(yuǎn)的設(shè)備之問(wèn)。原因是由于地環(huán)路電流的存在，使兩個(gè)設(shè)備的地電位不同。通常用光電耦合器或隔離變壓器進(jìn)行“地”隔離，消除地環(huán)路干擾。由于隔離變壓器繞組之間寄生電容較大，即使采取屏蔽措施的隔離變壓器通常也只用于1MHz以下的信號(hào)隔離，超過(guò)lMHz時(shí)多采用光電耦合器隔離。

2)公共阻抗耦合當(dāng)兩個(gè)電路的地電流流過(guò)一個(gè)公共阻抗時(shí)，就會(huì)發(fā)生公共阻抗耦合。由于地線是信號(hào)回流線，一個(gè)電路的工作狀態(tài)必然會(huì)影響地線電壓，當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí)，地線的電壓就會(huì)同時(shí)受到兩個(gè)電路工作狀態(tài)的影響?？梢姛o(wú)論是地環(huán)路干擾還是公共阻抗耦合問(wèn)題都是由于地線阻抗引起的，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮盡量降低地線阻抗與感抗。

3)減小控制電源噪聲電源線上有電流突變，就會(huì)產(chǎn)生噪聲電壓。在靠近芯片的位置增加解耦電容，能有效減小噪聲。如果是高頻電流負(fù)載，則采用多個(gè)同容量的高頻電容和無(wú)感電容并聯(lián)能獲得更好的效果。注意電容容量并非越大越好，主要根據(jù)其諧振頻率、提供脈沖電流頻率來(lái)選擇。

4)印制板的合理布線印制板合理地布置地線將能有效地減小印制板的輻射以及提高其抗輻射干擾能力，請(qǐng)注意以下幾條。

布置地線網(wǎng)絡(luò)，即在雙面板的兩面布置最多的平行地線。

對(duì)于一些關(guān)鍵信號(hào)(如脈沖信號(hào)和對(duì)外界較敏感的電平信號(hào))的地線的布置必須盡量縮小引線長(zhǎng)度，減小信號(hào)的回流面積，如果是雙面板，地線和信號(hào)線可以在印制板兩面并聯(lián)平行走線。

若是多層線路板，且既有數(shù)字地又有模擬地，則數(shù)字地和模擬地必須布置在同一層，減小它們之間的耦合干擾。

在實(shí)際電路中常發(fā)生公共阻抗耦合，因此，要根據(jù)實(shí)際情況選擇正確的接地方式。

3.11其他方法

1)給IGBT、MOSFET等開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)增加一個(gè)-5V~-10V的負(fù)電平，可提高驅(qū)動(dòng)信號(hào)的抗干擾能力，或驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用光纖傳輸，光纖適宜于遠(yuǎn)距離傳輸，具有抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

2)為了防止電平信號(hào)中的毛刺，引起軟件的誤判斷及誤動(dòng)作，可以通過(guò)多次采樣等數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)濾除干擾信號(hào)。

4結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)分析了隔離式DC/DC變換器存在的電磁干擾源及其產(chǎn)生機(jī)理，并詳細(xì)介紹了針對(duì)其主電路和控制電路的電磁兼容設(shè)計(jì)方法，這些方法對(duì)其它電子產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。