DC/DC开关电源由于其效率高、体积小等优点是现代电子产品设计中不可或缺的一环,其重要性不言而喻。由于设计上采用的开关型器件会导致出现快速的电压变化率和电流变化率,产品在电磁兼容性的测试上容易出现问题并使得开发周期变长,影响产品上市时间,对于应用环境比较复杂的工业类产品此问题显得尤为突出。
本文将从干扰源、元器件、滤波器以及布局等几个方面对DC/DC开关电源设计提出相关的注意事项,帮助工程师们了解如何设计出符合电磁兼容性的DC/DC开关电源。
一、 了解DC/DC开关电源中噪声源
要处理DC/DC开关电源产生的电磁兼容问题,首先需要对电源产生的噪声源进行分析,找到造成辐射发射和传导发射超标的源头。在使用开关电源的情况下,除去开关频率及其谐波造成的干扰外,暗室测量中还会显示30 MHz至400 MHz的宽带干扰频谱,原因之一是开关管陡峭的开关沿,例如MOSFET输出电容CDS、结电容和反向恢复肖特基二极管的寄生电容和导体走线的寄生电感共同导致高频LC振荡电路。下图所示为造成辐射发射和传导发射的噪声源。
型号:10M04DAU324C8G FPGA - 现场可编程门阵列
产品属性 属性值 选择属性
制造商: Altera
产品种类: FPGA - 现场可编程门阵列
RoHS: 详细信息
系列: MAX 10 10M04
逻辑元件数量: 4000 LE
自适应逻辑模块 - ALM: -
嵌入式内存: 189 kbit
输入/输出端数量: 246 I/O
电源电压-最小: 1.15 V
电源电压-最大: 1.25 V
最小工作温度: 0 C
最大工作温度: + 85 C
数据速率: -
收发器数量: -
安装风格: SMD/SMT
封装 / 箱体: UBGA-324
封装: Tray
商标: Altera
最大工作频率: 450 MHz
湿度敏感性: Yes
逻辑数组块数量——LAB: 250 LAB
工作电源电压: 1.2 V
产品类型: FPGA - Field Programmable Gate Array
119
子类别: Programmable Logic ICs
商标名: MAX
为降低DC/DC开关电源造成的传导发射及辐射发射等电磁兼容性问题概率,对于开关电源而言从器件布局布线的角度来减小环路面积以及保证滤波器的性能发挥至关重要。通常这些措施包含但不限于:
1. 将关键环路涉及的器件尽量摆放在一起从而减小环路面积;
2. 针对高频滤波的陶瓷电容尽量放置在开关管或IC等产生快速的电压变化率和电压变化率的地方;
3. 通过短而粗的走线来减小走线寄生感抗,特别是接地线的处理;
4. 通过加入多个过孔来减小其寄生电感;
5. 合理连接信号地和功率地,通过单点连接能够保证信号地尽量少得被功率地干扰;
6. 对于表层大面积覆铜需要合理使用以免形成不必要的天线;
7. 布置输入和输出滤波器电路时,尽可能消除与电路主要部分的容性和感性耦合;
8. 滤波器电路下面没有覆铜,如有中间层也是如此处理,从而避免高频噪声的耦合;
9. 设计LCL的T型滤波器时,尽可能消除三个器件内不必要的容性和感性耦合。
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