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輻射是考驗直流開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾防護設計是否有用的基礎

盡管直流開(kāi)關(guān)電源沒(méi)有作為一個(gè)大類(lèi)產(chǎn)品出現在我國的強制性產(chǎn)品認證目錄中,但是在信息技術(shù)類(lèi)設備提到的12種產(chǎn)品中,將計算機的內置電源和電源適配器與微型計算機、便攜式計算機、計算機連用的顯示設備、計算機連用的打印設備、多用途打印復印機、掃描儀、充電器、電腦游戲機、學(xué)習機、復印機、服務(wù)器、金融及貿易結算電子設備等一起列為強制認證的產(chǎn)品。

還有更多的電子設備,盡管在認證的實(shí)施細則中沒(méi)有直接提到直流開(kāi)關(guān)電源的問(wèn)題,但是在它的認證中(這里指的是廣義“認證”,有一些產(chǎn)品不需要3C認證,但有“入網(wǎng)”認證要求)都無(wú)一例外提到了要做電磁兼容性試驗。由于直流開(kāi)關(guān)電源作為這些設備中與電網(wǎng)連接的關(guān)鍵部件,所以這些試驗都和直流開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性有關(guān)。因此,無(wú)論直流開(kāi)關(guān)電源是不是作為一個(gè)獨立產(chǎn)品參加強制產(chǎn)品認證,但作為電子設備與電網(wǎng)連接的一個(gè)首當其沖的部件,只要這個(gè)產(chǎn)品需要參加認證,那么直流開(kāi)關(guān)電源都必須經(jīng)受電磁兼容性試驗。

迄今為止,直流開(kāi)關(guān)電源電磁兼容性測試的國家標準尚未出臺,但是在參加強制性產(chǎn)品認證的信息技術(shù)設備類(lèi)產(chǎn)品,在“機內直流開(kāi)關(guān)電源的認證試驗項目一覽表”(國家認證認可監督管理委員會(huì )頒布)中列出了3個(gè)電磁兼容測試項目,分別是0.15MHz ~ 30MHz 電源端傳導侵擾電壓測試;30MHz~1000MHz輻射侵擾場(chǎng)強測試;暫態(tài)諧波電流測試。十分明顯,這幾項試驗都是測試直流開(kāi)關(guān)電源自身工作中所產(chǎn)生的電磁侵擾,分別是對射頻性質(zhì)的傳導侵擾電壓和輻射侵擾場(chǎng)強測試;以及對電網(wǎng)污染的諧波電流測試。為了保證設備之間的電磁兼容性,對直流開(kāi)關(guān)電源的這三項測試是適當的,也是必須的。

關(guān)于直流開(kāi)關(guān)電源認證中遇到的這些電磁兼容問(wèn)題,都是近年直流開(kāi)關(guān)電源業(yè)界討論的熱點(diǎn),其中直流開(kāi)關(guān)電源的諧波抑制的話(huà)題,在每年都有大量的文章見(jiàn)諸于技術(shù)雜志和書(shū)刊。而有關(guān)直流開(kāi)關(guān)電源的傳導和輻射侵擾的抑制問(wèn)題的談?wù)搫t略見(jiàn)少些,為此,我在以前的電源工程師的聚會(huì )上曾經(jīng)就《直流開(kāi)關(guān)電源的侵擾抑制問(wèn)題》作過(guò)交流,著(zhù)重說(shuō)了一個(gè)直流開(kāi)關(guān)電源的傳導侵擾抑制問(wèn)題。這次則想重點(diǎn)介紹直流開(kāi)關(guān)電源的輻射侵擾的抑制問(wèn)題。

輻射是考驗直流開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾防護設計是否有用的基礎

2. 直流開(kāi)關(guān)電源的輻射侵擾限值


按GB9254-1998《信息技術(shù)設備無(wú)線(xiàn)電侵擾限值和測量方法》的要求。不同頻率范圍的A級和B級設備輻射侵擾限值見(jiàn)表1所示。

在標準中,限值是以測試距離為10m給出的,但試驗常常會(huì )在3m測量距離的實(shí)驗室進(jìn)行,這時(shí)要用增加20lg(10/3)=10dBμV/m 來(lái)修正。舉例說(shuō), B 級設備在10m 處、在30 ~ 230 MHz 頻段內的限值為30dBμV/m ,而在3m測量距離的限值應修正為40dBμV/m ;同樣在230~1000MHz頻段內應修正為47dBμV /m。

3. 測試輻射侵擾發(fā)射的試驗配置

按照GB9254標準的要求,受試設備的輻射侵擾發(fā)射試驗在電波暗室中進(jìn)行(圖1),基本的試驗儀器是兩件:接收天線(xiàn)和帶有準峰值檢波的干擾接收機。測試距離通常為3m。

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4.直流開(kāi)關(guān)電源的輻射侵擾抑制問(wèn)題

直流開(kāi)關(guān)電源的設計至今仍十分依賴(lài)實(shí)驗室的工作,采取先搭板試驗,再逐步調整的辦法。隨著(zhù)產(chǎn)品復雜程度越來(lái)越高,使處理問(wèn)題的難度也越來(lái)越大。最好的辦法是,設計人員對線(xiàn)路的工作要有一個(gè)預判,在搭板的過(guò)程中把其中的電磁兼容問(wèn)題考慮在印刷線(xiàn)路板的布局和布線(xiàn)當中,相信對加快直流開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)發(fā)過(guò)程會(huì )起到一個(gè)事半功倍的效果。

通常印刷線(xiàn)路板(泛指所有電子設備的印刷線(xiàn)路板)自身的電磁兼容問(wèn)題與線(xiàn)路板里的電磁干擾源、干擾耦合路徑及受干擾的敏感部件有關(guān)系。

但是對直流開(kāi)關(guān)電源這樣設備的電磁兼容問(wèn)題,就不止是一個(gè)自身的電磁兼容問(wèn)題,還有向外的侵擾發(fā)射問(wèn)題,當然還有一個(gè)外界的電磁侵擾對直流開(kāi)關(guān)電源的干擾問(wèn)題。這里著(zhù)重討論直流開(kāi)關(guān)電源向外的侵擾發(fā)射問(wèn)題,特別是輻射侵擾發(fā)射的問(wèn)題。

我們知道,當傳輸線(xiàn)或印刷線(xiàn)路板里有射頻電流通過(guò)時(shí),該電流從電流發(fā)生電路流出,到達負載后,還要通過(guò)返回路徑回到電流發(fā)生器,形成電流的閉合回路。電流在流過(guò)閉合回路時(shí)就會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)。按照電磁場(chǎng)理論,伴隨磁場(chǎng)產(chǎn)生的同時(shí),又會(huì )產(chǎn)生一個(gè)輻射的電場(chǎng)。通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交互作用就形成了射頻輻射能量的產(chǎn)生與傳播。這就是印刷線(xiàn)板引起輻射干擾的主要原因。

這樣看來(lái),消除印刷線(xiàn)路板中磁場(chǎng)的發(fā)生是消除電磁干擾源的主要手段,其中印刷線(xiàn)路板的布局和布線(xiàn)便成為印刷線(xiàn)路板設計的首要任務(wù)。在高頻直流開(kāi)關(guān)電源的設計時(shí)這個(gè)問(wèn)題尤其突出,因為直流開(kāi)關(guān)電源是功率電路,高頻與大電流是直流開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的主要問(wèn)題。

4.1 直流開(kāi)關(guān)電源的輻射侵擾發(fā)生

圖2 是介紹在《直流開(kāi)關(guān)電源的傳導侵擾抑制問(wèn)題》時(shí)用于說(shuō)明電源中電磁侵擾產(chǎn)生與耦合途徑的示意圖。

在直流開(kāi)關(guān)電源工作時(shí),初級逆變回路中的開(kāi)關(guān)管Q處在高頻通斷狀態(tài),經(jīng)由高頻變壓器T初級線(xiàn)圈、開(kāi)關(guān)管Q和輸入濾波電容C8形成了一個(gè)高頻電流環(huán)路。這個(gè)環(huán)路的存在,就可能對空間形成電磁輻射。

直流開(kāi)關(guān)電源在工作時(shí),次級整流回路的D5也處于高頻通斷狀態(tài)。由高頻變壓器次級線(xiàn)圈、整流二極管D5和濾波電容C9構成了高頻開(kāi)關(guān)電流的環(huán)路。由于有這個(gè)環(huán)路的存在,同樣也有可能對空間形成電磁輻射。

另外,初級回路中變壓器漏感的存在會(huì )加劇初級開(kāi)關(guān)管電壓波形的變化,進(jìn)而影響直流開(kāi)關(guān)電源經(jīng)由開(kāi)關(guān)管散熱器向外傳遞的共模電流的高頻成份,加劇輻射的共模發(fā)射。

而次級整流回路整流二極管在截止瞬間非常劇烈的電流變化,會(huì )在次級整流回路(因變壓器漏感和二極管結電容存在的回路)中產(chǎn)生高頻衰減振蕩,加劇了對外的差模輻射。

4.2 由“環(huán)天線(xiàn)”引起的電磁輻射

直流開(kāi)關(guān)電源工作時(shí),由于有初級逆變回路和次級整流回路兩個(gè)電流發(fā)生瞬變的環(huán)路存在,這樣,變化的電流必然會(huì )伴生一個(gè)變化的磁場(chǎng)。而變化的磁場(chǎng)又要產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。這種電場(chǎng)和磁場(chǎng)變化將會(huì )交替地產(chǎn)生,由近及遠、互相垂直、以光速在空間內傳播能量的形式,形成了直流開(kāi)關(guān)電源電磁輻射的發(fā)射。

圖3是由初級逆變回路和次級整流回路中的差模電流所產(chǎn)生的輻射矢量示意圖。

其磁場(chǎng)強度H可近似用以下方程計算:

Hθ(θ)=(-πI/r)(A/λ2)sinθ

電場(chǎng)強度E可近似用以下方程計算:

Eφ(θ)=131.6×10-16(f 2AI)(1/r)sinθ

式中:Hθ是磁場(chǎng)強度,單位A/m

Eφ是電場(chǎng)強度,單位V/m;

I是環(huán)中的電流,單位A;

A是環(huán)路的面積,單位m2;

r是計算點(diǎn)與環(huán)中心的距離,單位m;

f是頻率,單位Hz;

λ是頻率所對應的波長(cháng);

θ計算點(diǎn)與環(huán)中心垂直軸的夾角。

以上各式適用于自由空間的小型天線(xiàn),且天線(xiàn)周?chē)鷽](méi)有任何反射物體。

在電場(chǎng)強度E的計算公式中,第一項是自由空間的傳輸特性;第二項是輻射源的特性;第三項是輻射源向遠處傳輸時(shí)的電場(chǎng)衰減特性;最后一項是以輻射環(huán)平面中心垂直軸為參考,與測量天線(xiàn)方向的夾角。

由于大多數電子設備的輻射測量都不是在自由空間里進(jìn)行,而是在地面開(kāi)闊場(chǎng)上進(jìn)行測量,地面的反射會(huì )使輻射發(fā)射的測量值增大,最大可達1倍。

考慮了地面反射的影響,則電場(chǎng)強度的最大發(fā)射表達式可改寫(xiě)為:

Eφ(θ)=263×10-16(f 2AI)(1/r)

此式可用于估算差模發(fā)射的水平。

利用此式還可以知道,若想減小環(huán)路天線(xiàn)的向外輻射,應該從減小電流、減小環(huán)路面積和降低工作頻率入手。

4.3 通過(guò)減小環(huán)路面積來(lái)減小直流開(kāi)關(guān)電源的輻射噪聲

在上述對輻射有影響的三個(gè)參數中,I 和f 涉及基本電路的設計,不能輕易改變。所以唯一能有效抑制輻射,而且能為設計人員自如掌控的也只有減小環(huán)路面積A這一參數了。對照圖2,盡可能地減小環(huán)路面積是減小輻射噪聲的重要途徑,為此,要求直流開(kāi)關(guān)電源的印刷線(xiàn)路板的布局和布線(xiàn)中,元器件的排列彼此要緊密,布線(xiàn)中的電流線(xiàn)和它的回線(xiàn)要彼此靠近。在初級回路中,要求輸入電容器、晶體管和變壓器應該被此靠近。在次級回路中,要求二極管與變壓器和輸出電容被此貼近。圖4是一個(gè)初級回路布線(xiàn)的示意。


在印刷板布局上,減小回路面積的方法:一種簡(jiǎn)單的方法是在載流導線(xiàn)旁邊上布一條地線(xiàn),這條地線(xiàn)應盡量靠近載流導線(xiàn)。這樣就形成了較小的回路面積,這有利于減小差模輻射和對外界干擾的敏感度。

如果是雙層線(xiàn)路板,可以在線(xiàn)路板的另一面,緊靠近載流導線(xiàn)的下面,沿著(zhù)載流導線(xiàn)布一條地線(xiàn),地線(xiàn)盡量寬些。這樣形成的回路面積等于線(xiàn)路板的厚度乘以載流導線(xiàn)的長(cháng)度。而平行緊靠的正負載流導體所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)是趨于相互抵消的。

另一種有效的布局方案是將正負載流導體布在同一面上,彼此靠近,而印刷板的反面僅作為“地”(或另一恒定電位面),使“地”板感應的鏡象電流與相對的磁場(chǎng)趨于抵消。

一個(gè)更好的辦法是采用多層印刷線(xiàn)路板,這時(shí)接地層直接布在電源層的上面,由于層間距離達到最最接近的程度,對輻射的抑制可以有最好的效果,當然這也是以成本為代價(jià)的。

圖5是采用SG6840控制器的直流開(kāi)關(guān)電源例子。

圖6 是用SG6840控制器做成的直流開(kāi)關(guān)電源實(shí)物。

圖7則是印刷線(xiàn)路板的布局和布線(xiàn)。

4.4 通過(guò)采用緩沖吸收來(lái)降低開(kāi)關(guān)頻率中的高次諧波成分

直流開(kāi)關(guān)電源初級和次級的環(huán)路電流I 及工作頻率f 涉及基本電路的設計,一經(jīng)設計定型,不能輕易改變。

然而直流開(kāi)關(guān)電源的工作頻率f 僅僅是基波頻率,從目前的設計水平來(lái)看,通常是50kHz至200kHz,或更高一點(diǎn),即使這樣,就電磁侵擾發(fā)射角度來(lái)看,實(shí)際上處在一個(gè)很低的頻段之內,尚不可能形成高頻的電磁輻射。標準規定的射頻輻射的測量頻段為30MHz以上,能夠達到這一頻率范圍的只可能是開(kāi)關(guān)頻率的諧波分量。

圖8是用來(lái)說(shuō)明直流開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)波形中諧波分量的輻射發(fā)射能量分析圖。

圖中可以看出,諧波分量的大小與開(kāi)關(guān)的梯形波上升沿時(shí)間tr有關(guān),tr越小,諧波分量的能量越大。上升沿時(shí)間tr決定頻譜的拐點(diǎn),為了減小輻射發(fā)射,最重要的是要盡量降低開(kāi)關(guān)頻率或增大梯形波的上升沿時(shí)間tr 。就直流開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō),著(zhù)重處理初級逆變電路和次級高頻整流濾波電路的波形。

4.4.1 對初級高頻高壓逆變回路的處理

對于開(kāi)關(guān)晶體管因驅動(dòng)高頻變壓器原邊所感應出來(lái)的高壓尖峰和輻射侵擾應當采用緩沖和箝位的方法予以克服。圖9是幾種可能的方案。

應該說(shuō)緩沖和箝位有著(zhù)截然不同的使用目的,使用不妥將對直流開(kāi)關(guān)電源中的半導體器件的可靠性產(chǎn)生有害影響。

緩沖吸收電路(主要由電阻、電容和二極管電路組成)被用來(lái)減少尖峰電壓的幅度和減少電壓波形的變化率,這對于半導體器件使用的安全性是有好處的。與此同時(shí),緩沖吸收電路還降低了射頻輻射的頻譜成分,有益于降低射頻輻射的能量。與TVS管的箝位方案相比,緩沖吸收電路具有較低的成本和較高的直流開(kāi)關(guān)電源效率,但要求精心設計、精心調試。

⑴ 部分緩沖電路(圖9右側緩沖電路)的分析

① 電容緩沖吸收電路

這是比RC和RCD緩沖電路更加簡(jiǎn)單、更加基本的緩沖電路,直接將電容跨接在開(kāi)關(guān)晶體管漏源之間。導通時(shí),電容通過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管放電到零;當開(kāi)關(guān)管截止時(shí),電源經(jīng)由開(kāi)關(guān)變壓器初級向電容器充電,電容兩端的電壓“緩慢”上升,抑制了開(kāi)關(guān)管上的電壓變化和尖峰電壓的形成。只是開(kāi)關(guān)管導通時(shí)電容要被短路,電容直接經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)管放電到零,會(huì )在開(kāi)關(guān)管中產(chǎn)生很大的尖峰電流,使開(kāi)關(guān)晶體管的導通損耗大大增加。電容越大,對開(kāi)關(guān)管上的尖峰電壓的抑制作用越好,但是在開(kāi)關(guān)管導通時(shí)的電流尖峰和導通損耗也越大。所以實(shí)際使用時(shí),對電容緩沖電路的限制較多,電容的值只能用得較小,使用效果一般。

② RC阻容緩沖吸收電路

為了克服電容緩沖吸收電路的缺點(diǎn),可采用RC阻容緩沖吸收電路來(lái)代替單個(gè)電容。由于電阻R的參入,使得在開(kāi)關(guān)晶體管斷開(kāi)時(shí)的緩沖作用比電容為差。但在開(kāi)關(guān)管導通瞬間由于R的存在,限制了開(kāi)關(guān)管導通時(shí)的電流峰值。R值不同,對緩中吸收的效果也不同。R越大,緩沖吸收越差。實(shí)用中R的阻值都取得比較小。這種緩沖吸收電路在雙極晶體管和MOSFET的過(guò)電壓保護中用得非常廣泛。

③ RCD緩沖吸收電路

RCD緩沖吸收電路與RC阻容緩沖吸收電路的不同在于在電阻R的兩端并聯(lián)了一個(gè)二極管。這一改進(jìn)使得開(kāi)關(guān)晶體管在截止瞬間電源經(jīng)由二極管向電容C充電,由于二極管順向導通的壓降很小,所以對開(kāi)關(guān)晶體管關(guān)斷時(shí)的過(guò)電壓緩沖吸收效果與單個(gè)電容相當。而當開(kāi)關(guān)晶體管導通時(shí),二極管的單向導電作用使得入電容的放電只能經(jīng)過(guò)串聯(lián)電阻R進(jìn)行,其作用與RC阻容緩沖吸收電路相當。在RCD緩沖吸收電路設計時(shí),要保證當開(kāi)關(guān)晶體管斷開(kāi)時(shí),電容C要充電到電源電壓值;而當開(kāi)關(guān)管導通時(shí)電容上的電荷要經(jīng)過(guò)電阻R完全放光。因此,在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中,電容上儲存的能量要全部消耗在電阻R上,故這種緩沖吸收電路要消耗的能量比較大,但效果比前兩種緩沖吸收電路要好。由于這種電路的能量損耗正比于直流開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率,對于在頻率很高的直流開(kāi)關(guān)電源上較少采用。

⑵ 箝位電路的分析

箝位電路(圖8中采用的是半導體瞬變電壓吸收二極管與高速、高反壓二極管的串聯(lián)電路來(lái)?yè)危﹥H被用來(lái)減少尖峰電壓的幅度,而對于dv/dt的瞬變沒(méi)有任何改善作用。因此,箝位電路對于減少因瞬變造成的輻射侵擾幾乎無(wú)用。箝位電路主要用來(lái)防止半導體器件和電容器有被擊穿的危險。實(shí)用中,綜合箝位電路的保護作用和直流開(kāi)關(guān)電源的效率要求,TVS管的擊穿電壓一般選擇在初級繞組感應電壓的1.5倍左右為適宜。

另外,與RC或RCD緩沖電路相比,TVS管箝位電路使用的元件數量最少,所占印刷電路板的面積也比較小。

無(wú)論是緩沖吸收或者是箝位電路,在安裝布局時(shí)要靠近主開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器,并且要縮短包括器件引線(xiàn)在內的所有配線(xiàn)。

緩沖和箝位電路對于開(kāi)關(guān)波形的作用見(jiàn)圖10所示。

4.4.2 對次級整流回路的處理

對于次級回路中作整流的高速二極管的反向恢復現象,在晶體管截止瞬間出現電流的陡變,因其有著(zhù)很高的di/dt值,而產(chǎn)生的輻射能量。

為了控制這種輻射:

①可以在變壓器輸出引線(xiàn)到整流二極管的饋線(xiàn)中使用磁珠。

②在高速二極管的兩端跨接低損耗陶瓷電容(或聚酯薄膜電容器)與電阻串聯(lián)而成的緩沖電路。其中電容的典型值為330pF~4700pF,或更大(如10000pF);電阻為0Ω~27Ω。電阻所消耗的功率PR可作如下估算:

PR =CS(VS ) 2f

式中:

CS是并聯(lián)電容,F;

VS是次級電壓,V;

f 是直流開(kāi)關(guān)電源工作的頻率,Hz。

上式表明,緩沖電路的電容越大,將來(lái)在電阻上的功率損耗也越大,直流開(kāi)關(guān)電源的效率會(huì )變得低些。通常直流開(kāi)關(guān)電源整流二極管上緩沖電路的參數是采用實(shí)物試探法來(lái)選擇的,應當在直流開(kāi)關(guān)電源的設計階段就加以確定。此外,為了取得盡量好的緩沖吸收效果,緩沖電路要盡量靠近整流二極管來(lái)安裝。

③使用軟恢復二極管(在直流輸出電壓比較低的場(chǎng)合,還可采用肖特基二極管。一方面由于反向恢復時(shí)間短,可以不用緩沖電路;另一方面由于順向壓降低,使得直流開(kāi)關(guān)電源在輸出電壓比較低的情況下,也能取得比較高的效率)。

4.5 直流開(kāi)關(guān)電源印刷線(xiàn)路板的設計

前面講述了直流開(kāi)關(guān)電源的輻射侵擾的抑制,著(zhù)重于從印刷線(xiàn)路板的布局和緩沖吸收電路的采用等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行敘述。但是就印刷線(xiàn)路板的設計來(lái)看,這還是不夠的,至少還應當包含地線(xiàn)的噪聲、印刷線(xiàn)路的長(cháng)度、印刷線(xiàn)路之間的耦合等有關(guān)問(wèn)題。所以在結束《直流開(kāi)關(guān)電源的輻射侵擾抑制問(wèn)題》這一話(huà)題前還想講一講直流開(kāi)關(guān)電源印刷線(xiàn)路板設計方面的事情。

通常直流開(kāi)關(guān)電源的印刷電路板是直流開(kāi)關(guān)電源設計的最后一個(gè)環(huán)節,但是設計不當,就有可能會(huì )輻射出過(guò)多的電磁侵擾。應該指出,要對直流開(kāi)關(guān)電源所有的線(xiàn)路都實(shí)現最佳布線(xiàn)是不可能的,所以要抓住重點(diǎn)。從電磁侵擾發(fā)射的角度考慮,最重要的信號是高電流和電壓變化率(di/dt和dv/dt)信號。對直流開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)是初級的開(kāi)關(guān)調整回路和次級的整流輸出回路。這兩個(gè)回路都包含高幅值的梯形電流,其中的諧波成分很高,其頻率遠高于開(kāi)關(guān)的基頻。因此這兩個(gè)回路最容易產(chǎn)生電磁干擾,必須在電源中先于其它印制線(xiàn)布線(xiàn)之前布好這兩個(gè)回路。這兩個(gè)回路都包含三種主要的元件,分別是濾波電容、開(kāi)關(guān)晶體管或整流二極管、以及電感或變壓器。這些器件應彼此相鄰地進(jìn)行放置,開(kāi)關(guān)晶體管和整流二極管的位置應該使它們之間的電流路徑盡可能短。最佳設計流程如下:

① 放置變壓器

② 設計電源的初級開(kāi)關(guān)電流回路

③ 設計電源的次級整流輸出回路

另外,從敏感度的角度出發(fā),針對直流開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)反饋控制則是最重要的敏感線(xiàn)路(這里包括與這部分電路相關(guān)的地線(xiàn)處理,參看本講座的圖7)。

一旦把這些重要信號分離出來(lái),在直流開(kāi)關(guān)電源的印刷電路板設計時(shí)就可以把重點(diǎn)放到這些線(xiàn)路的設計上,其他問(wèn)題也就容易解決了。

在對直流開(kāi)關(guān)電源印刷電路布局時(shí)要掌握以下原則:

① 首先是印刷電路板的尺寸。尺寸不能過(guò)大,否則印刷線(xiàn)條太長(cháng),使阻抗增加,而抗干擾的能力下降,成本也增加。尺寸過(guò)小則散熱不好,且鄰近線(xiàn)條間易受干擾。電路板的最佳形狀是矩形,長(cháng)寬比為3︰2或4︰3。并從印刷電路板的兩端引進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)(一端是進(jìn)線(xiàn),另一端是出線(xiàn)。進(jìn)線(xiàn)和出線(xiàn)不能靠得太近)。

② 由于線(xiàn)路的長(cháng)度反映出印制線(xiàn)響應的波長(cháng),長(cháng)度越長(cháng),印制線(xiàn)能發(fā)送和接收電磁波的頻率就越低,也就能輻射或接受出更多的射頻能量。另外,從減少環(huán)路電阻和減小公共路徑的相互干擾出發(fā),根據通過(guò)電流的大小,盡量加大印刷線(xiàn)布線(xiàn)的寬度。

因此在布局和布線(xiàn)時(shí)要以功能電路核心元件為中心,圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在印刷電路板上。盡量減少和縮短各元器件之間的引線(xiàn)和連接,緩沖電路要盡量靠近被保護的器件,盡可能地減小關(guān)鍵環(huán)路的面積,以抑制直流開(kāi)關(guān)電源的輻射侵擾。

③ 直流開(kāi)關(guān)電源的印刷電路布局時(shí),要按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置,使布局便于信號流通,并使信號盡可能保持一致的方向。還要考慮元器件之間的分布參數。一般應盡可能使元器件平行排列。這樣,不但美觀(guān),而且裝焊容易,便于批量生產(chǎn)。

5. 直流開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性處理實(shí)例

經(jīng)實(shí)驗室測試,某款直流開(kāi)關(guān)電源的輻射侵擾超過(guò)標準限值在20dB左右,采用實(shí)驗室里容易實(shí)現的措施進(jìn)行如下改進(jìn):

●在所有整流二極管兩端并470pF電容;

●在開(kāi)關(guān)管控制極的輸入端并聯(lián)50pF電容,與原有的39Ω電阻形成一個(gè)RC低通濾波器;

●在各輸出濾波電容(電解電容)上并聯(lián)一個(gè)0.01μF電容;

●在整流二極管管腳上套一個(gè)小磁珠;

●改善屏蔽體的接地。

經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)后,該電源就通過(guò)輻射干擾測試的限值要求。

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