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时间:2018-12-27
《开关电源的emi与开关电源的pcb设计规范》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。• 1.开关电源的EMI源 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。 (1)功率开关管 功率开关管工作在On-Off快速循环转换的状态,dv/dt和di/dt都在急剧变换,因此,功率开关管既是电场耦合的主要干扰源,也是磁场耦合的主要干扰源。 (2)高频变压器高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换,因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰
2、源。 (3)整流二极管整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上,反向恢复电流的断续点会在电感(引线电感、杂散电感等)产生高dv/dt,从而导致强电磁干扰。 (4)PCB准确的说,PCB是上述干扰源的耦合通道,PCB的优劣,直接对应着对上述EMI源抑制的好坏。 2.开关电源EMI传输通道分类 (一).传导干扰的传输通道 (1)容性耦合 (2)感性耦合 (3)电阻耦合 a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合 b.公共地线阻抗产生的电阻传导耦合 c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合 (二).辐射干扰的传输通道 (1)在开关电源中,能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被
3、假设为天线,从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析;二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子,电感线圈可以假设为磁偶极子; (2)没有屏蔽体时,电偶极子、磁偶极子,产生的电磁波传输通道为空气(可以假设为自由空间); (3)有屏蔽体时,考虑屏蔽体的缝隙和孔洞,按照泄漏场的数学模型进行分析处理。 3.开关电源EMI抑制的9大措施 在开关电源中,电压和电流的突变,即高dv/dt和di/dt,是其EMI产生的主要原因。实现开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点: (1)尽量减小电源本身所产生的干扰源,利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路,并进行合理布局; (2)通
4、过接地、滤波、屏蔽等技术抑制电源的EMI以及提高电源的EMS。分开来讲,9大措施分别是: (1)减小dv/dt和di/dt(降低其峰值、减缓其斜率) (2)压敏电阻的合理应用,以降低浪涌电压 (3)阻尼网络抑制过冲 (4)采用软恢复特性的二极管,以降低高频段EMI (5)有源功率因数校正,以及其他谐波校正技术 (6)采用合理设计的电源线滤波器 (7)合理的接地处理 (8)有效的屏蔽措施 (9)合理的PCB设计 4.高频变压器漏感的控制 高频变压器的漏感是功率开关管关断尖峰电压产生的重要原因之一,因此,控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题。 减小高
5、频变压器漏感两个切入点:电气设计、工艺设计! (1)选择合适磁芯,降低漏感。漏感与原边匝数平方成正比,减小匝数会显著降低漏感。 (2)减小绕组间的绝缘层。现在有一种称之为“黄金薄膜”的绝缘层,厚度20~100um,脉冲击穿电压可达几千伏。 (3)增加绕组间耦合度,减小漏感。 5.高频变压器的屏蔽 为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰,可采用屏蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带一般由铜箔制作,绕在变压器外部一周,并进行接地,屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环,从而抑制漏磁场更大范围的泄漏。 高频变压器,磁心之间和绕组之间会发生相对位移,从而导致高频变压器在工作中产生噪声
6、(啸叫、振动)。为防止该噪声,需要对变压器采取加固措施: (1)用环氧树脂将磁心(例如EE、EI磁心)的三个接触面进行粘接,抑制相对位移的产生; (2)用“玻璃珠”(Glassbeads)胶合剂粘结磁心,效果更好。在任何开关电源设计中,PCB板的物理设计都是最后一个环节,如果设计方法不当,PCB可能会辐射过多的电磁干扰,造成电源工作不稳定,以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析: 一、从原理图到PCB的设计流程建立元件参数->输入原理网表->设计参数设置->手工布局->手工布线->验证设计->复查->CAM输出。 二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求,而且为了便于操
7、作和生产,间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压,在布线密度较低时,信号线的间距可适当地加大,对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距,一般情况下将走线间距设为8mil。 焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm,这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时,要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状,这样的好处是焊盘不容易起皮,而是走线与焊盘不易断开。 三、元器件布局实践证明,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不
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