電氣開關(guān)電源電磁干擾防制技術(shù)——傳導(dǎo)篇(編輯修改稿)
2025-08-10 01:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 會有較大電場的產(chǎn)生，而電流愈大則會有愈大磁場的產(chǎn)生，而周邊組件，特別是良導(dǎo)體愈靠近此電場或磁場就會耦合愈大的能量，因此在做布線安排時(shí)，盡量讓電源路徑與信號路徑分開來走，以免信號路徑被干擾產(chǎn)生誤動(dòng)作，也避免干擾源藉由其他導(dǎo)體放大其干擾信號，在此將電源路徑與信號路徑分別說明如下： 電源路徑的基本概念把布線的路徑想象成一條水流(即電流)，水流自然會往河流愈寬的地方流(走線愈粗的地方)，而且也自然會往低處流(往目標(biāo)，即輸出端流)，在電源路徑上的組件皆應(yīng)該照順序流過，否則會大大地衰減其作用。電容是儲存電荷的組件，愈大的電容可儲存愈多的電荷，因此在看電源路徑時(shí)，可視電流由電容正端出發(fā)，經(jīng)由開關(guān)組件的回路后再回到電容的負(fù)端形成開關(guān)回路。圖20為一升壓加反激(PFC+Flyback)架構(gòu)的例子，PFC前端會有一顆小電容，PFC會由此電容形成一導(dǎo)通回路(綠色箭頭)經(jīng)電感，MOSFET，Rsense回小電容，與截止回路(紫色箭頭)經(jīng)電感，二極管，大電容回小電容；即電流由電容的正端出發(fā)，經(jīng)一回路之后再回到電容的負(fù)端；同理，F(xiàn)lyback由大電容的正端開始，經(jīng)變壓器，MOSFET，Rsense后再回到大電容負(fù)端；輸出則由變壓器的正端，經(jīng)輸出二極管，輸出電容后回到變壓器的負(fù)端。圖20因電源路徑有很大的電流與電壓變動(dòng)，因此在布線時(shí)要注意，流過大電流的回路會產(chǎn)生磁場輻射，因此大電流的走線要盡量短與粗，尤其是次級側(cè)。高電壓開關(guān)的走線則要盡量減少其面積以減少電場效應(yīng)，并盡量減少其相臨的導(dǎo)體面積與之間的距離以減少等效電容，圖21與22為量測反激式變壓器兩端的電壓波形，由波形可知在MOSFET的Drain端與Diode的正端有很大的電壓變化量，因此在布線時(shí)此兩點(diǎn)的布線面積要盡可能的小，也盡量遠(yuǎn)離其他的導(dǎo)體以避免電場效應(yīng)。圖21圖22有時(shí)因?yàn)椴季€的考慮，無法將回路變的很短，這時(shí)我們可以靠高頻電容來幫忙，像是在大電解電容同電位上并聯(lián)一個(gè)陶質(zhì)(高頻)電容，因多數(shù)的電解電容是低頻組件，而并聯(lián)的高頻電容可以提供開關(guān)時(shí)的高頻電流，此電容可放在如圖23所示的位置，在PFC端可在二極管后端并一顆小電容且靠近PFC MOSFET的地，縮短PFC截止時(shí)的回路，而Flyback端則可以在靠近變壓器正與Rsense負(fù)端并一顆電容來形成較短的回路；愈短的回路可以減少電場導(dǎo)體與磁場回路的面積來得到更好的EMI效果。圖23 信號路徑的基本概念凡不是電源路徑(Power trace)，皆可稱為信號路徑(Signal trace)，因IC是擷取電源路徑里的電壓／電流信號來維持系統(tǒng)的穩(wěn)定，因此在信號路徑里最重要的就是從擷取信號源到各IC 腳端時(shí)是否干凈以利IC運(yùn)作。在電磁干擾的領(lǐng)域里，信號路徑一般需注意兩點(diǎn)，一是輔助繞組(Vcc)回路，一是小信號回路。輔助繞組回路如圖24所示，在此舉例的IC為通嘉的6 PIN IC(LD7538)，其輔助繞組回路是由變壓器的輔助繞組繞組，二極管，電解電容先形成一開關(guān)回路再接至IC，就如同二次側(cè)的切換回路一般，讓此開關(guān)回路愈短愈好。IC的供電腳與地腳旁邊通常需并聯(lián)一顆MLCC小電容()，此電容愈近IC愈好，因此電容是高頻電容，IC在驅(qū)動(dòng)MOSFET時(shí)會由此電容抽能量，且其他噪聲在進(jìn)IC前可先被此電容過濾一次，不論此噪聲是經(jīng)由偏壓回路或是地的回路皆有過濾作用。圖24小信號回路是指IC的各個(gè)出腳端，信號愈小的腳位愈容易被干擾，IC在運(yùn)作時(shí)不外乎偵測電壓或電流信號，電壓信號是由此腳位與地之間形成的電壓準(zhǔn)位來做判定，而電流信號則是由擷取信號端到IC腳位上的電流大小來決定，因信號愈小愈容易被外來的信號所干擾，尤其是不到1V的電壓信號或是不到1mA的電流信號，所以在布線時(shí)要非常小心此小信號的走線。另外，IC驅(qū)動(dòng)MOSFET的柵極回路里也會回到IC的地而形成一電源回路，因?yàn)榱藴p少開關(guān)損失，IC流入或流出MOSFET的柵極電流有時(shí)會超過1A以上，因此IC的輸出至MOSFET的柵極與IC至地的走線也很重要，其回路就如同下圖粉紅色所示。在此以反激式架構(gòu)來做說明，反激式簡圖如圖25所示，MOSFET下方會串聯(lián)一電阻(Rsense)來做電流偵測，其偵測的信號通常都很小來達(dá)到低功率損失（1V），因此布線時(shí)要注意此電阻正端截取的信號線，若此信號線在回IC前有加電阻與電容的低通濾波器(RC filter)，則此電阻電容要愈靠近IC愈好，如此可讓任何外來的噪聲在進(jìn)IC前皆被此濾波器衰減過，而電阻的負(fù)端(GND)回IC的路徑也是愈短愈粗愈好，因IC是偵測電阻兩端的電壓來運(yùn)作，路徑愈短可以減少寄生電感的效應(yīng)而讓IC看到愈真實(shí)的信號。圖25因IC的信號一般都較小，很容易受到外來的干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作，因此在布線時(shí)除了要注意與電源路徑的距離外，也需注意與任何會產(chǎn)生干擾的組件，像是與磁性組件的磁力線會影響到的周邊，或是電源輸入線材周邊等高壓電位都是需注意的地方。電源與信號路徑有一個(gè)共同接點(diǎn)：GND，地的走線對EMI影響非常大，參考的地回路接線方式如圖26所示。圖26橙色線為Y電容建議連接法，讓輸出的地經(jīng)由Y電容直接連至橋式整流器的負(fù)端，讓雷擊或ESD的能量可以快速的經(jīng)由Y電容通過。綠色線為輔助回路的建議接法，讓電解電容直接回變壓器的地，再單獨(dú)接至大電容的地。紅色部份為IC的地建議接法，因MOSFET下方的電阻是電源路徑(會走大電流)，要盡量的靠近大電容來形成較小的電流回路，再由大電容拉一條線至輔助繞組的積層陶瓷電容(MLCC)，再進(jìn)入IC的地，而其他IC周邊組件的地，即以MLCC電容為中心連接點(diǎn)，此接法一般稱為心臟接地，即以此電容為心臟中心，IC周邊下地點(diǎn)都接回至此電容，如此任何的地信號要進(jìn)入IC的地之前，都可以先被此MLCC電容過濾成較干凈的信號。在布線時(shí)，任何大面積的導(dǎo)體都需要特別留意，包括散熱片／外殼／輸入／輸出線材等，這些導(dǎo)體如同一天線，會放大任何在上面的信號，不但這些組件所接的位置非常重要，其經(jīng)過的路徑也需注意；一般來說，散熱片與外殼不可空接，否則其很容易與周邊組件耦合電場效應(yīng)而產(chǎn)生高頻干擾，一般會使其接一較干凈，在運(yùn)作時(shí)不會有電位差的電位(GND)。在此建議的布線方式并不是最好的方式，因不同的變壓器設(shè)計(jì)與布線不同，在EM
語文相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1