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Buck变换器的EMC分析

来源:    作者:    发布时间:2015-02-27 06:02:13    浏览量:

Z=R+jωL(1)

L=2lln(2)

式中:l为印刷导线的长度;

b为印刷导线的宽度。

可以看出印刷线l越短,直流电阻R越小,自感L也就越小;同时增加印刷线的宽度也可以降低直流电阻R和自感L。

多根印刷线的特性阻抗除了直流电阻R和自感L以外,还有互感M。

M=2l(3)

式中:s为两线之间的距离。

由以上分绕行电感器析可知,在设计印刷电路板时,应尽量降低电源线和地线的阻抗。因电源线、地线和其它印刷线都有电感,当电源电流变化较大时,会产生较大压降,而地线压降是形成公共阻抗干扰的重要因素,所以应尽量缩短地线,尽量加宽电源线和地线。

直流供电系统的实际等效电路如图9所示。

图9 直流供电系统等效电路

直流供电电路中产生的瞬态噪声电压,起源于电源负载电流的突变ΔiL。该电流变化是瞬时的,则因之产生的瞬变电压的幅值ΔuL是电源供电传输线磁环电感器特征阻抗Z0的函数。

Z0=(4)

ΔuL=ΔiLZ0(5)

为了减小ΔuL,必须使得Z0尽量低,由式(4)可知,要求Lt尽量小,Ct尽量大。为了减小Lt和增大Ct,供电母线应用矩形截面的导线,并使两条母线尽量靠近,用两条尽量宽的扁平印刷线。由于使用的是双面印刷板,电源线和地线平行布线,使两条功率线流过的电流方向相反,可以有效地减小感应磁通。同时也将其它正、负信号线分别布在印刷板的两面,设法使两个载流体导线彼此间保持平行,因为平行紧靠的正、负载流体导体所产生的外部磁场是趋向于相互抵消的。

对于元器件的放置,由于开关电源的辐射干扰(E)与电流通路中电流(I)的大小,通路的环路面积(A),以及电流频率(f)的平方等三者的乘积成正比,即E=I·A·f2。运用这一关系的前提是通路尺寸远小于频率的波长(此电路符合条件)。

利用上述关系式,减小通路面积是减小辐射干扰的关键。在此Buck电路中,应该使输入端电容、开关管、功率二极管彼此紧靠,且布线紧凑;同时使输出端功率二极管、电感、输出电容、采样电阻彼此紧靠。

另外,在布线时使开关管的漏极连线尽量短、粗,以减小导线的寄生电感。选择合适的滤高频电容(样机中使用了CBB电容),并使其尽量靠近MOSFET的漏极,电容引线尽量短,以减小导线电感。

根据以上的分析所得出的原则,实际设计的样机主功率PCB板如图10所示。

功率电感器

图10 Buck电路的PCB板

3 结语

开关电源电磁兼容设计的目的,就是使所设计的产品不但能在一定的电磁干扰环境中正常工作,而且也使产品自身所产生的电磁骚扰不影响其它设备的工作。本文通过各个方面的分析,总结出设计Buck电路电磁兼容的原则,并依此原则制造出试验样机,从而在实践的基础上说明了这些原则的可行性和正确性,为以后开关电源的电磁兼容设计提供了很好的经验。一体成型电感器

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