你猜我猜的经验-电源

1,开关电源设计中电感的选择
深入剖析电感电流――DC/DC 电路中电感的选择
在降压转换中, 电感的一端是连接到 DC 输出电压。 另一端通过开关频率切换连接到输入电压或 GND。
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 在状态 1 过程中, 电感会通过(高边 “high-side” ) MOSFET 连接到输入电压。 在状态 2 过程中,电感连接到 GND。 由于使用了这类的控制器, 可以采用两种方式实现电感接地: 通过二极管接地或通
过(低边“low-side” ) MOSFET 接地。 如果是后一种方式, 转换器就称为“同步(synchronus) ”方式。

现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。 在状态 1 过程中, 电感的一端连接到输入电压, 另一端连接到输出电压。 对于一个降压转换器, 输入电压必须比输出电压高, 因此会在电
感上形成正向压降。 相反, 在状态 2 过程中, 原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。 对于一个降压转换器, 输出电压必然为正端, 因此会在电感上形成负向的压降。我们利用电感上电压计算公式:
V=L(dI/dt)

因此, 当电感上的电压为正时(状态 1) , 电感上的电流就会增加; 当电感上的电压为负时(状态 2),电感上的电流就会减小。 通过电感的电流如图 2 所示:

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 通过上图我们可以看到, 流过电感的最大电流为 DC 电流加开关峰峰电流的一半。 上图也称为纹波电流。 根据上述的公式, 我们可以计算出峰值电流:

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 其中, ton 是状态 1 的时间, T 是开关周期(开关频率的倒数) , DC 为状态 1 的占空比。
警告: 上面的计算是假设各元器件(MOSFET 上的导通压降, 电感的导通压降或异步电路中肖特基二极管的正向压降) 上的压降对比输入和输出电压是可以忽略的。如果, 器件的下降不可忽略, 就要用下列公式作精确计算:
同步转换电路:

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 其中, Rs 为感应电阻阻抗加电感绕线电阻的阻。 Vf 是肖特基二极管的正向压降。 R 是 Rs 加 MOSFET导通电阻, R=Rs+Rm。

电感磁芯的饱和度 :

很容易会知道, 随着通过电感的电
流增加, 它的电感量会减小。 这是由于磁芯材料的物理特性决定 的。 电感量会减少多少就很重要了:如果电感量减小很多, 转换器就不会正常工作了。 当通过电感的电流大到电感失效的程度, 此时的电
流称为“饱和电流” 。 这也是电感的基本参数。

实际上, 转换电路中的开关功率电感总会有一个“软” 饱和度。 要了解这个概念可以观察实际测量的电感 Vs DC 电流的曲线:
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 当电流增加到一定程度后, 电感量就不会急剧下降了, 这就称为“软” 饱和特性。 如果电流再增加,电感就会损坏了。
注意: 电感量下降在很多类的电感中都会存在。 例如: toroids, gapped E-cores 等。 但是, rod core电感就不会有这种变化。

有了这个软饱和的特性, 我们就可以知道在所有的转换器中为什么都会规定在 DC 输出电流下的最小电感量; 而且由于纹波电流的变化也不会严重影响电感量。 在所有的应用中都希望纹波电流尽量的
小,因为它会影响输出电压的纹波。 这也就是为什么大家总是很关心 DC 输出电流下的电感量, 而会在 Spec 中忽略纹波电流下的电感量。

2,控制 EMC 的主要方法
时钟速度的提升加上高频率总线以及更高的接口数据速率使得 PC 电路板设计的挑战性显著提高。 工程师必须超越板上实际逻辑的设计, 还要考虑其它可能影响电路的因素, 包括电路板的尺寸、 环境噪
声、 功耗和电磁兼容性(EMC)等。 硬件工程师应在 PC 电路板设计阶段解决 EMC 问题, 确保系统不会受到 EMC 故障的影响。
良好的接地设计
低电感接地系统是最大限度减少 EMC 问题的最重要因素。 最大限度地增加 PC 电路板上的接地面积可降低系统接地电感, 进而减少电磁辐射和串扰。 串扰可存在于电路板上的任何两条布线之间, 取决于
互电感和互电容, 与布线之间的距离、 边缘速率和布线阻抗成正比。
在数字系统中, 互电感产生的串扰通常大于互电容产生的串扰。 通过增加布线之间的间距或减少到接地层的距离可降低互电感。
信号连接到地的方法各种各样。 组件随机连接到接地点的电路板设计会生成高接地电感, 并引发不可避免的 EMC 问题。 我们建议采用全铺地层, 这能在电流返回源极时最大限度地减小阻抗, 不过接地层
还需要专用的 PC 电路板层, 这对于双层电路板而言或许是不现实的。
因此, 我们建议设计人员采用接地栅格, 如图 1a 所示。 在此情况下, 接地的电感取决于栅格之间的间距。

此外, 信号返回系统接地的方式也很重要。 信号路径如果较长, 就会产生接地回路, 进而形成天线并辐射能量。 因此, 所有将电流带回源极的布线都应选择最短路径, 而且应直接到接地层。
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 连接所有不同接地并将它们连接到接地层的做法并不可取, 这不但会增加电流回路的大小, 而且会增加接地反弹的可能性。 图 1b 给出了将组件连接到接地层的推荐方法。
减少 EMC 相关的问题还有一个好方法, 就是让接地与电路板的完整边缘拼接在一起, 形成法拉第笼,从而不会把任何信号路由到界限之外(图 1c)。 这种方法能把电路板的辐射限制在界限以内区域, 避
免外部辐射干扰电路板上的信号。

从 EMC 的角度来看, 各层的适当安排也很重要。 如果使用的层数超过两层, 那么要用一个完整的层作为接地层。 如果采用四层电路板, 那么接地层下面的一层应作为电源层。 必须注意接地层的位置应在
高频信号布线和电源层之间。 如果使用双层电路板, 完整的接地层不可能实现, 那么可采用接地栅格。如果不使用单独的电源层, 那么接地布线应与电源布线平行, 以确保电源清洁。

布局指南
为了让设计免受 EMC 的影响, 电路板上的组件必须根据功能进行分类(模拟、 数字、 电源部分、 低速
电路、 高速电路等)。 每类的布线应在指定区域内。 在子系统的边界处应使用滤波器。

对于这种信号而言, 工程师必须避免在电路板边缘或附近连接器处使用过孔或布线。 此外, 信号还必须远离电源层, 因为这会引起电源层噪声。 传输差分信号的布线应尽量靠近彼此, 从而可最有效地发
挥磁场消除功能。

从源极向器件传输时钟信号的布线应有匹配终端, 只要阻抗不匹配, 就会出现信号反射问题。 如果不注意处理反射信号问题, 大量能量就会辐射出去。 不同形式的有效终端包括源点、 端点和 AC 终端等。

从源极向器件传输时钟信号的布线应有匹配终端, 只要阻抗不匹配, 就会出现信号反射问题。 如果不注意处理反射信号问题, 大量能量就会辐射出去。 不同形式的有效终端包括源点、 端点和 AC 终端等。

由于返回电流总沿着最低电抗的路径走, 因此传输电流的接地布线应靠近传输相关信号的布线, 从而保持电流回路尽可能的短。

传输模拟信号的布线应与高速或开关信号分开, 而且必须用接地信号进行保护。 必须始终采用低通滤波器来去除周边模拟布线耦合的高频噪声。

此外, 模拟和数字子系统的接地层不能共享。

 

电路板外的注意事项
电源上的任何噪声都可能影响工作中的器件功能。 通常来说, 耦合在电源上的噪声频率高, 因此需要旁路电容或去耦电容进行滤波。
去耦电容为电源层到接地的高频电流提供低阻抗路径。 电流流经路径至接地, 这个路径形成了接地回路。该路径应保持尽可能低的电平, 为此可让去耦电容尽可能地靠近 IC。 具有低等效串行电感的多个电容可用来提高去耦效果。
许多 EMC 相关的问题都是由传输数字信号的电缆造成的, 这些电缆实际发挥着高效天线的作用。 理想情况下, 进入电缆的电流会在另一端流出, 但实际上寄生电容和电感会造成辐射问题。采用双绞线电缆有助于最大限度地减小耦合问题, 可消除任何感应磁场。 如果使用带状电缆, 就必须提供多个接地返回路径。 对于高频信号而言, 必须使用屏蔽电缆, 而且接地屏蔽要连接在电缆的头尾处。
最后, 屏蔽不是电气解决方案, 而是一种降低 EMC 的机械方法。 金属封装(导电和/或磁性材料)可用来避免系统发出 EMI。 我们可用屏蔽覆盖整个系统或部分系统, 具体取决于相关要求。屏蔽就是一种封闭导电容器的形式, 可连接于接地, 能通过吸收和反射部分辐射有效减小回路天线的尺寸。 这样, 屏蔽也能作为两区之间的分割, 减弱一区向另一区的 EM 能量辐射。 屏蔽通过减弱辐射波的 E 场和 H 场来降低 EMI。
3,以隔离式 DC/DC 变换器为例, 讨论开关电源的电磁兼容性设计:
1. DC/DC 变换器输入滤波电路的设计
如图所示, FV1 为瞬态电压抑制二极管, RV1 为压敏电阻, 都具有很强的瞬变浪涌电流的吸收能力, 能很好的保护后级元件或电路免遭浪涌电压的破坏。 Z1 为直流 EMI 滤波器, 必须良好接地, 接
地线要短, 最好直接安装在金属外壳上, 还要保证其输入、 输出线之间的屏蔽隔离, 才能有效的切断传导干扰沿输入线的传播和辐射干扰沿空间的传播。 L1、 C1 组成低通滤波电路, 当 L1 电感值较大时,
还需增加如图所示的 V1 和 R1 元件, 形成续流回路吸收 L1 断开时释放的电场能, 否则 L1 产生的电压尖峰就会形成电磁干扰, 电感 L1 所使用的磁芯最好为闭合磁芯, 带气隙的开环磁芯的漏磁场会形成
电磁干扰, C1 的容量较大为好, 这样可以减小输入线上的纹波电压, 从而减小输入导线周围形成的电磁场。
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 2.高频逆变电路的电磁兼容设计, 如图所示, C2、 C3、 V2、 V3 组成的半桥逆变电路, V2、 V3 为 IGBT、MOSFET 等开关元件, 在 V2、 V3 开通和关断时, 由于开关时间很快以及引线电感、 变压器漏感的存在,回路会产生较高的 di/dt、 dv/dt 突变, 从而形成电磁干扰, 为此在变压器原边两端增加 R4、 C4 构成的吸收回路, 或在 V2、 V3 两端分别并联电容器 C5、 C6, 并缩短引线, 减小 ab、 cd、 gh、 ef 的引线电感。 在设计中, C4、 C5、 C6 一般采用低感电容, 电容器容量的大小取决于引线电感量、 回路中电流值以及允许的过冲电压值的大小, LI2/2=C△V2/2 公式求得 C 的大小, 其中 L 为回路电感, I 为回路电流, △V 为过冲电压值。 为减小△V, 就必须减小回路引线电感值, 为此在设计时常使用一种叫“多层低感复合母排” 的装置,好的母排可 达 10nH级, 从而达到减小高频逆变回路电磁干扰的目的。

 

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从电磁兼容性设计角度考虑, 应尽量降低开关管 V2、 V3 的开关频率, 从而降低 di/dt、 dv/dt值。 另外使用 ZCS 或 ZVS 软开关变换技术能有效降低高频逆变回路的电磁干扰。 在大电流或高电压下
的快速开关动作是产生电磁噪声的根本, 因此尽可能选用产生电磁噪声小的电路拓扑, 如在同等条件下双管正激拓扑比单管正激拓扑产生电磁噪声要小, 全桥电路比半桥电路产生电磁噪声要小。 如图所
示增加吸收电路后开关管上的电流、 电压波形与没有吸收回路时的波形比较。

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 3.高频变压器的电磁兼容设计
在高频变压器 T1 的设计时, 尽量选用电磁屏蔽性较好的磁芯材料。如图所示, C7、 C8 为匝间耦合电路, C11 为绕组间耦合电容, 在变压器绕制时, 尽量减小分布电容 C11, 以减小变压器原边的高频干扰耦合到次边绕组。 另外为进一步减小电磁干扰, 可在原、 次边绕组间增加一个屏蔽层, 屏蔽层良好接地, 这样变压器原、 次边绕组对屏蔽层间就形成耦合电容 C9、C10, 高频干扰电流就通过 C9、 C10 流到大地。由于变压器是一个发热元件, 较差的散热条件必然导致变压器温度升高, 从而形成热辐射, 热辐射是以电磁波形式对外传播, 因此变压器必须有很好的散热条件。 通常将高频变压器封装在一个铝壳
盒内, 铝盒还可安装在铝散热器上, 并灌注电子硅胶, 这样变压器即可形成较好的电磁屏蔽, 还可保证有较好的散热效果, 减小电磁辐射。

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 5. 输出整流电路电磁兼容设计

如图所示为输出半波整流电路, V6 为整流二极管, V7 为续流二极管, 由于 V6、 V7 工作于高频开关状态, 因此输出整流电路的电磁干扰源主要是 V6 和 V7, R5、 C12 和 R6、 C13 分别连接成 V6、 V7
的吸收电路, 用于吸收其开关动作时产生的电压尖峰, 并以热的形式在 R5、 R6 上消耗。 减少整流二极管的数量就可减小电磁干扰的能量, 因此同等条件下, 采用半波整流电路比采用全波整流和全桥整
流产生的电磁干扰要小。 为减小二极管的电磁干扰, 必须选用具有软恢复特性的、 反向恢复电流小、反向恢复时间短的二极管器件。 从理论上讲, 肖特基势垒二极管(SBD) 是多数载流子导流, 不存在
少子的存储与复合效应, 因而也就不会有反向电压尖峰干扰, 但实际上对于较高反向工作电压的肖特基二极管, 随着电子势垒厚度的增加, 反向恢复电流会增大, 也会产生电磁噪声。 因此在输出电压较
低的情况下选用肖特基二极管作直流二极管产生的电磁干扰会比选用其它二极管器件要小。

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 6. 输出直流滤波电路的电磁兼容设计
输出直流滤波电路主要用于切断电磁传导干扰沿导线向输出负载端传播, 减小电磁干扰在导线周围的电磁辐射。

 如图所示, L2、 C17、 C18 组成的 LC 滤波电路, 能减小输出电流、 电压纹波的大小, 从而减小通过辐射传播的电磁干扰, 滤波电容 C17、 C18 尽量采用多个电容并联, 减小等效串联电阻, 从而减小
纹波电压, 输出电感 L2 值尽量大, 减小输出纹波电流的大小, 另外电感 L2 最好使用不开气隙的闭环磁芯, 最好不是饱和电感。 在设计时, 我们要记住, 导线上有电流、 电压的变化, 在导线周围就有变
化的电磁场, 电磁场就会沿空间传播形成电磁辐射。C19 用于滤除导线上的共模干扰, 尽量选用低感电容, 且接线要短, C20、 C21、 C22、 C23 用于滤除输出线上的差模干扰, 宜选用低感的三端电容, 且接地线要短, 接地可靠。Z3 为直流 EMI 滤波器, 根据情况使用或不使用, 是采用单级还是多级滤波器, 但要求 Z3 直接安装在金属机箱上, 最好滤波器输入、 输出线能屏蔽隔离。

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 7. 接触器、 继电器等其它开关器件电磁兼容设计
继电器、 接触器、 风机等在掉电后, 其线圈将产生较大的电压尖峰, 从而产生电磁干扰, 为此在直流线圈两端反并联一个二极管或 RC 吸收电路, 在交流线圈两端并联一个压敏电阻用于吸收线圈掉
电后产生的电压尖峰。 同时要注意如果接触器线圈电源与辅助电源的输入电源为同一个电源, 之间最好通过一个 EMI 滤波器。 继电器触头动作时也将产生电磁干扰, 因此要在触头两端增加 RC 吸收回路。

8. 开关电源箱体结构的电磁兼容设计
材料选择: 没有“磁绝缘” 材料, 电磁屏蔽是利用“磁短路” 的原理, 来切断电磁干扰在设备内部与外界空气中的传播路径。在进行开关电源的箱体结构设计时,要充分考虑对电磁干扰的屏蔽效能,
对于屏蔽材料的选择原则是, 当干扰电磁场的频率较高时, 选用高电导率的金属材料, 屏蔽效果较好;当干扰电磁波的频率较低时, 要采用高导磁率的金属材料, 屏蔽效果较好; 在某些场合下, 如果要求
对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时, 往往采用高电导率和高导磁率的金属材料组成多层屏蔽体。
孔洞、 缝隙、 搭接处理方法:
采用电磁屏蔽方法无需重新设计电路, 便可达到很好的电磁兼容效果。 理想的电磁屏蔽体是一个无缝隙、 无孔洞、 无透入的导电连续体, 低阻抗的金属密封体, 但是一个完全密封的屏蔽体是没有实
用价值的, 因为在开关电源设备中, 有输入、 输出线过孔、 散热通风孔等孔洞, 以及箱体结构部件之间的搭接缝隙, 如果不采取措施将会产生电磁泄漏, 使箱体的屏蔽效能降低、 甚至完全丧失。 因此在
开关电源箱体设计时, 金属板之间的搭接最好采用焊接, 无法焊接时要使用电磁密封垫或其它的屏蔽材料, 箱体上的开孔要小于要屏蔽的电磁波的波长的 1/2, 否则屏蔽效果将大大降低; 对于通风孔,
在屏蔽要求不高时可以使用穿孔金属板或金属化丝网, 在要求既要屏蔽效能高, 又要通风效果好时选用截至波导管等方法, 提高屏蔽体的屏蔽效能。 如果箱体的屏蔽效能仍无法满足要求时, 可以在箱体
上喷涂屏蔽漆。 除了对开关电源整个箱体的屏蔽之外, 还可以对电源设备内部的元件、 部件等干扰源或敏感设备进行局部屏蔽。
在进行箱体结构设计时, 针对设备上所有会受到静电放电试验的部分, 设计出一条低阻抗的电流泄放路径, 箱体必须有可靠的接地措施, 并且要保证接地线的载流能力, 同时将敏感电路或元件远离
这些泄放回路, 或对其采用电场屏蔽措施。 对于结构件的表面处理, 一般主要电镀银、 锌、 镍、 铬、锡, 这需要从导电性能、 电化学反应、 成本及电磁兼容性等多方面考虑后做出选择。

 9. 元器件布局与布线中的电磁兼容设计:
对于开关电源设备内部元器件的布局必须整体考虑电磁兼容性的要求, 设备内部的干扰源会通过辐射和串扰等途径影响其它元件或部件的工作, 研究表明, 在离干扰源一定距离时, 干扰源的能量将
大大衰减, 因此合理的布局有利于减小电磁干扰的影响。

EMI 输入输出滤波器最好安装在金属机箱的入口处, 并保证其输入线与输出线电磁环境的屏蔽隔离。 敏感电路或元件要远离发热源。
对于开关电源产品, 我们一般须遵守以下布线原则:
9.1 主电路输入线与输出线分开走线。
9.2 EMI 滤波器输入线与输出线分开走线。
9.3 主电路线与控制信号线分开走线。
9.4 高压脉冲信号线最好分开单独走线。
9.5 分开布线的原则是避免平行走线, 可以垂直交叉, 线束之间距离在 20mm 以上。
9.6 电缆不要贴着金属外壳和散热器走线, 保证一定距离。
9.7 双绞线、 同轴电缆及带状电缆在 EMC 设计中的使用
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 双绞线、 同轴电缆都能有效的抑制电磁干扰。 在脉冲信号传输线路中常使用双绞线, 控制辅助电源线和传感器信号线最好用双绞屏蔽线。 因为双绞线两根线之间有很小的回路面积, 而且双绞线的每
两个相邻的回路上感应出的电流具有大小相等、 方向相反, 产生的磁场相互抵消, 这样就可以减小因辐射引起的差模干扰, 不过双绞线绞合的圈数最好为偶数, 且每单位波长所绞合的圈数愈多, 消除耦
合的效果愈好。 使用时注意双绞线和同轴电缆两端不能同时接地, 只能单端接地, 而对屏蔽线, 屏蔽层两端接地能既能屏蔽电场还能屏蔽磁场, 单端接地只能屏蔽电场。 使用同轴电缆时还要注意, 其屏
蔽层必须完全包覆信号线接地, 即接头与电缆屏蔽层必须 3600 搭接, 才能有效屏蔽电磁场, 如图所示, 信号线裸露部分仍可以与外界形成互容耦合, 降低屏蔽效能。带状电缆适合于短距离的信号传输, 我们知道为了降低差模信号的电磁辐射, 必须减小信号线和信号回流线所形成的回路面积, 因此在设计带状电缆布局时, 最好将信号线与接地线间隔排列。 如图所示, 其中 S 为信号线, G 为信号地线。

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 10. 元器件的选择

热传播的方式有传导、 对流和辐射, 热辐射是以电磁波的形式向空中传播的, 热传导也会向周围其它元件传导热量, 这些都会影响其它元器件或电路的正常工作, 因此从元器件热设计方面考虑要尽
量留有较大余量, 以降低元器件的温升及器件表面的温度, 除元器件对温升有特殊要求外, 一般开关电源要求内部元件温度小于 90℃, 内部环境温度不超过 65℃, 以减小热辐射干扰。对数字集成电路, 从电磁兼容性角度看应多选用高噪声容限的 CMOS 器件代替低噪声容限的 TTL 器件。尽量使用低速、 窄带元件和电路。选用分布电感较小的 SMP 元件, 选用高频特性好、 等效串联电感低的陶瓷介质电容器、 高频无感电容器、 三端电容器和穿心电容器等作滤波电容。
11.控制电路及 PCB 的电磁兼容设计
信号地是指信号电流流回信号源的一条低阻抗路径。在设计中往往由于接地方法不恰当而产生地环路干扰和公共阻抗耦合干扰。 因此要合理选用接地方式, 接地的方式有单点接地、 多点接地和混合
接地。
地环路干扰: 常发生在通过较长电缆连接, 地相距较远的设备之间。 原因是由于地环路电流的存在, 使两个设备的地电位不同。 通常用光电耦合器或隔离变压器进行“地” 隔离, 消除地环路干扰。
由于隔离变压器绕组之间寄生电容较大, 即使采取屏蔽措施的隔离变压器通常也只用于 1MHZ 以下的信号隔离, 超过 1MHZ 时多采用光电耦合器隔离。
公共阻抗耦合: 当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时, 就会发生公共阻抗耦合。 由于地线是信号回流线, 一个电路的工作状态必然会影响地线电压, 当两个电路共用一段地线时, 地线的电压就
会同时受到两个电路工作状态的影响。可见无论是地环路干扰还是公共阻抗耦合问题都是由于地线阻抗引起的, 因此在设计时一定要考虑尽量降低地线阻抗与感抗。
如何减小控制电源噪声: 电源线上有电流突变, 就会产生噪声电压。 在靠近芯片的位置增加解耦电容, 能有效减小噪声。 如果是高频电流负载, 则采用多个同容量的高频电容和无感电容并联能获得
更好的效果。 注意电容容量并非越大越好, 主要根据其谐振频率、 提供脉冲电流频率来选择。印制板合理的布置地线将能有效的减小印制板的辐射以及提高其抗辐射干扰能力, 请注意
l 布置地线网络: 在双面板的两面布置最多的平行地线。
l 对于一些关键信号(如脉冲信号和对外界较敏感的电平信号) 的地线的布置必须尽量缩小引线长度, 减小信号的回流面积。 如果是双面板, 地线和信号线可以在印制板两面并联平行走线。
l 若是多层线路板, 且既有数字地又有模拟地, 则数字地和模拟地必须布置在同一层, 减小它们之间的耦合干扰。
l 在实际电路中常发生公共阻抗耦合, 因此要根据实际情况选择正确的接地方式。
12.其它方法
12.1.IGBT, MOSFET 等开关元件的驱动脉冲信号增加一个-5V~-10V 的负电平, 提高驱动信号的抗干扰能力。 或驱动信号采用光纤传输技术, 光纤适宜于远距离传输, 具有抗干扰能力强的特点。
12.2.通过软件的编程技术, 提高开关电源的抗干扰能力, 为了防止电平信号中的毛刺, 引起软件的误判断及误动作, 可以通过多次采样等数字滤波方法来滤除干扰信号。
4,电源板 Layout 注意点
一、 功率回路部分
功率板中比较重要首当其冲的就是功率回路部分, 在 layout 的时候应该首先要知道所布的功率部分的电路性质, 在电源中功率电路主要分 di/dt 电路和 dv/dt 电路, 这两种电路在布局走线的时候走法是
不一样的。
di/dt 电路因为它的单位时间内电流的变化比较大, 所以这部分电路在走线的时候重点要关注整个电路的环路面积应尽可能的小, 最好是一个环路的走线在不同的层重叠走, 这样电路的环路面积最小,
本身产生的干扰可以自身就耦合掉。
dv/dt 电路它的侧重点就完全不一样, 因为这种电路在单位时间内电压变化会比较大, 所以它容易对外界产生干扰, 所以这种电路在走线的时候铜皮不能太宽, 在满足承载电流的情况下铜皮宽度尽可能
的小, 不同层的重叠区域尽可能小, 敏感信号尽可能远离这些走线。
二、 驱动部分
驱动部分的线首先要考虑整个驱动回路的面积, 要尽可能的小, 要远离干扰源, 离被驱动的部分尽可能的近。 像 MOS 管之类工功率元件的驱动, 在走线的时候要特别注意 G 极和 D 极的走线不要平行走,
因为在大多数情况下 MOS 管的 D 极部分的电路是 dv/dt 的电路, G 极是驱动电路, 如果平行走的话,驱动信号很容易被干扰, 从而导致 MOS 的误动作。
三、 采样信号
在功率板中像一些电压采样和电流采样之类的采样信号也是至关重要的, 因为这些信号准确与否直接关系到控制端, 所有这些采样信号也要尽量避开其他信号, 如果有条件的话这些采样信号可以用差分
采样, 并且在相对应的走线地方能够给他们一个完整的地平面。
四、 地的处理
地的重要性就更不用说了, 无论在哪种板子上, 对于地的处理都是非常重要的。 在功率板中地相对来说会比较复杂, 因为很多时候功率部分走大电流的地、 控制部分一些小电流的地都是共地的, 所以这
时候这些地的处理显的非常重要, 在我的经验中处理好这些地, 关键是选择一个正确的单点连节点,因为每个电源的设计不一样, 所以这个单点连接点的选择也是不一样的, 我在小功率光伏逆变器中一
般都是选择 BUS 电容的一个地管脚, 变频器中我一般是将大电流中的一个电容的地管脚引一根比较粗的走线到开关电源输入端的那个电容的地管脚上, 然后再从这个地管脚引到开关电源后面出来的那
些小电流的地平面上, 当然还有一些别的地, 如晶振的地、 采样的地等, 每个公司的设计规则不一样,走法也不一样, 网上对于地的处理的资料也比较多。
五、 安规
安规在电源产品的设计中是不可或缺的, 对于不同国家不同地区相应的安规法规要求也是有区别的,还有应用环境的污染等级和海拔高度都会对安规要抓的距离有比较大的影响, 所有我们在设计之初一
定要搞清楚上面这些因素, 如果有安规工程师的话可以请他们给出比较专业的爬电和电气间隙的距离, 我们实际 PCBLayout 的时候要特别注意那些金属元件在 PCB 上所在区域, 比如保险丝, 它两头是
金属的中间是非金属, 如果没有座子的话, 保险丝的两头金属的会和 PCB 接触, 所有保险丝周围的表层走线要注意避开这些金属区域。
六、 散热
对于那些功率比较大的系统来说, 散热也是至关重要的, 这个一般情况下要和结构配合好, 在设计之前要了解整体结构的散热方式, 是自然冷却、 风冷还是水冷, 其中风冷又分吸风和吹风, 这些都会对
布局产生比较大的影响。
七、 EMC
主要是一些功率部分的走线宽度尽量不要发生突变,如果需要拐弯,拐弯的地方也尽量做的平和一点,不要突变, 还有就是有时候会有大电流、 小电流、 采样信号中有些虽然是共用一个网络, 但是自
在走线的时候不要共用一个回路, 要分开走, 各走各的回路比较好。

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