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從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)

發(fā)布時(shí)間:2017-04-25 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】說(shuō)起開關(guān)電源的難點(diǎn)問題,PCB布板問題不算很大難點(diǎn),但若是要布出一個(gè)精良PCB板一定是開關(guān)電源的難點(diǎn)之一(PCB設(shè)計(jì)不好,可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)論怎么調(diào)試參數(shù)都調(diào)試布出來(lái)的情況,這么說(shuō)并非危言聳聽)原因是PCB布板時(shí)考慮的因素還是很多的,如:電氣性能,工藝路線,安規(guī)要求,EMC影響等等;考慮的因素之中電氣是最基本的,但是EMC又是最難摸透的,很多項(xiàng)目的進(jìn)展瓶頸就在于EMC問題;下面從二十二個(gè)方向給大家分享下PCB布板與EMC。
 
1、熟透電路方可從容進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)之EMI電路
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
上面的電路對(duì)EMC的影響可想而知,輸入端的濾波器都在這里;防雷擊的壓敏;防止沖擊電流的電阻R102(配合繼電器減小損耗);關(guān)鍵的慮差模X電容以及和電感配合濾波的Y電容;還有對(duì)安規(guī)布板影響的保險(xiǎn)絲;這里的每一個(gè)器件都至關(guān)重要,要細(xì)細(xì)品味每一個(gè)器件的功能與作用。設(shè)計(jì)電路時(shí)就要考慮的EMC嚴(yán)酷等級(jí)從容設(shè)計(jì),比如設(shè)置幾級(jí)濾波,Y電容數(shù)量的個(gè)數(shù)以及位置。壓敏大小數(shù)量選擇,都與我們對(duì)EMC的需求密切相關(guān),歡迎大家一起討論看似簡(jiǎn)單其實(shí)每個(gè)元器件蘊(yùn)含深刻道理的EMI電路。 
 
2、電路與EMC:(最熟悉的反激主拓?fù)洌纯措娐分心男╆P(guān)鍵地方蘊(yùn)含了EMC的機(jī)理)
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
上圖的電路中打圈幾部分:對(duì)EMC影響非常重要(注意綠色部分不是的),比如輻射大家都知道電磁場(chǎng)輻射是空間的,但基本的原理是磁通量的變化,磁通量涉及到磁場(chǎng)有效截面積,也就是電路中對(duì)應(yīng)的環(huán)路。電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng),產(chǎn)生的是穩(wěn)定的磁場(chǎng),不能向電場(chǎng)轉(zhuǎn)化;但變化的電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)是可以產(chǎn)生電場(chǎng)(其實(shí)這就是有名的麥克斯韋方程我用通俗語(yǔ)言來(lái)說(shuō)),變化的電場(chǎng)同理可產(chǎn)生磁場(chǎng)。所以一定要關(guān)注那些有開關(guān)狀態(tài)的地方,那就是EMC源頭之一,這里就是EMC源頭之一(這里說(shuō)之一當(dāng)然后續(xù)還會(huì)講到其它方面); 比如電路中虛線環(huán)路,是開關(guān)管開通和關(guān)斷的環(huán)路,不僅設(shè)計(jì)電路時(shí)開關(guān)速度可以調(diào)節(jié)對(duì)EMC影響,布板走線環(huán)路面積也有著重要的影響!另二個(gè)環(huán)路是吸收環(huán)路和整流環(huán)路,先提前了解下,后面再講!
 
3、PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
  1. PCB環(huán)路對(duì)EMC的影響非常重要,比如反激主功率環(huán)路,如果太大的話輻射會(huì)很差。 
  2. 濾波器走線效果,濾波器是用來(lái)濾去干擾的,但若是PCB走線不好的話,濾波器就可能失去應(yīng)該有的效果。 
  3. 結(jié)構(gòu)部分,散熱器設(shè)計(jì)接地不好會(huì)影響,屏蔽版的接地等;
  4. 敏感部分與干擾源頭過(guò)近,比如EMI電路與開關(guān)管很近,必然會(huì)導(dǎo)致EMC很差,需要有清晰的隔離區(qū)域。 
  5. RC吸收回路的走線。 
  6. Y電容接地與走線,還有Y電容的位置也很關(guān)鍵等等! 
先想到這說(shuō)這些,后續(xù)會(huì)具體討論,先起個(gè)引子。
 
下面舉一個(gè)小例子: 
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
如上圖中虛線框,X電容引腳走線做了內(nèi)縮的處理,大家可以學(xué)習(xí)下,如何讓電容引腳走線外掛(采用擠電流走線)。這樣X電容的濾波效果才能夠達(dá)到最佳狀態(tài)。
 
4、PCB設(shè)計(jì)之準(zhǔn)備事項(xiàng):(準(zhǔn)備充分了,方可設(shè)計(jì)步步穩(wěn)健,避免設(shè)計(jì)推翻重來(lái))
 
大致有以下的一些方面,都是自己設(shè)計(jì)過(guò)程會(huì)去考慮,所有的內(nèi)容跟別的教程無(wú)關(guān),都是只是自己的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。 
  1. 外觀結(jié)構(gòu)尺寸,包括定位孔,風(fēng)道流向,輸入輸出插座,需要與客戶系統(tǒng)匹配,還需要與客戶溝通裝配上的問題,限高等等。
  2. 安規(guī)認(rèn)證,產(chǎn)品做哪種認(rèn)證,哪些地方做到基本絕緣爬電距離要留夠,哪些地方做到加強(qiáng)絕緣留夠距離或開槽。
  3. 封裝設(shè)計(jì):有沒有特殊期間,如定制件封裝準(zhǔn)備。
  4. 工藝路線選定:?jiǎn)蚊姘咫p面板選擇,或是多層板,根據(jù)原理圖及板子尺寸,成本等綜合評(píng)估。 
  5. 客戶的其他特殊要求。 
結(jié)構(gòu)工藝相對(duì)會(huì)更靈活,安規(guī)還是比較固定的部分,做什么認(rèn)證,過(guò)什么安規(guī)標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)然也有一些安規(guī)是很多標(biāo)準(zhǔn)中通用的,但也有一些特殊產(chǎn)品比如醫(yī)療會(huì)比較嚴(yán)苛。
 
為了新入門工程師朋友們不至于眼花繚亂;
 
接下來(lái)列出些普遍產(chǎn)品通用的,下面是對(duì)于IEC60065總結(jié)出來(lái)的具體布板要求,針對(duì)安規(guī)需要牢記,碰到具體產(chǎn)品要會(huì)針對(duì)性處理: 
  1. 輸入保險(xiǎn)絲焊盤制件的距離安規(guī)要求大于3.0MM,實(shí)際布板按照3.5MM(簡(jiǎn)單說(shuō)保險(xiǎn)絲前按照3.5MM爬電距離,之后按照3.0MM爬電距離)
  2. 整流橋前后安規(guī)要求2.0MM,布板按照2.5MM。 
  3. 整流后安規(guī)一般不做要求,但是高低壓間根據(jù)實(shí)際電壓大小留距離,習(xí)慣400V高壓留2.0MM以上。 
  4. 初次級(jí)間安規(guī)要求6.4MM(電氣間隙),爬電距離按照7.6MM為最佳。(注意這個(gè)跟實(shí)際輸入電壓相關(guān),需要查表具體計(jì)算,提供數(shù)據(jù)僅供參考,以實(shí)際場(chǎng)合為準(zhǔn))
  5. 初次級(jí)用冷地,熱地標(biāo)識(shí)清晰;L,N標(biāo)識(shí),輸入AC INPUT標(biāo)識(shí),保險(xiǎn)絲警告標(biāo)識(shí)等等都需要清晰標(biāo)出; 
再次重申實(shí)際安規(guī)距離跟實(shí)際輸入電壓相關(guān)以及工作環(huán)境有關(guān),需要查表具體計(jì)算,提供數(shù)據(jù)僅供參考,以實(shí)際場(chǎng)合為準(zhǔn)。
 
5、PCB設(shè)計(jì)之安規(guī)考慮其它因素
  1. 明白自己產(chǎn)品做什么認(rèn)證,屬于什么產(chǎn)品種類,比如醫(yī)療,通信,電力,TV等各不相同,但也有很多相通的地方。
  2. 安規(guī)中與PCB布板緊密的地方,了解絕緣的特點(diǎn),哪些地方是基本絕緣,哪些地方是加強(qiáng)絕緣,不同標(biāo)準(zhǔn)絕緣距離是不一樣的。最好是會(huì)查標(biāo)準(zhǔn),并且會(huì)計(jì)算電氣距離,爬電距離。
  3. 產(chǎn)品的安規(guī)器件重點(diǎn)注意,比如變壓器磁性與原副邊關(guān)系; 
  4. 散熱器與周邊距離問題,散熱器接的地不一樣絕緣情況也不一樣,接大地還是冷地,熱地絕緣也布一樣。 
  5. 保險(xiǎn)的距離特別注意,要求最嚴(yán)格地方。保險(xiǎn)絲前后距離布一致。
  6. Y電容與漏電流,接觸電流關(guān)系。 
等等,后續(xù)會(huì)詳細(xì)說(shuō)明距離該怎么留,如何做好安規(guī)要求。
 
6、PCB設(shè)計(jì)之電源布局
  1. 首先衡量PCB尺寸與器件數(shù)量,做到疏密有致,要不然一塊密,一塊稀疏很難看。 
  2. 將電路模塊化,以核心器件為中心,關(guān)鍵器件優(yōu)先放的原則一次放置器件。 
  3. 器件呈垂直或水平防置,一是美觀,二是方便插件作業(yè),特殊情況可以考慮傾斜。 
  4. 布局時(shí)需要考慮到走線,擺放到最合理位置方便后續(xù)走線。 
  5. 布局時(shí)盡可能減小環(huán)路面積,四大環(huán)路后面會(huì)詳解到。 
做到上述幾點(diǎn),當(dāng)然要靈活運(yùn)用,比較合理的布局很快就會(huì)誕生。 
 
下面是我畫的第一塊處女PCB板,好多年前的事情,當(dāng)時(shí)非常的艱苦完成的,中間可能有小問題,不過(guò)大體布局還是值得學(xué)習(xí)的: 
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
此圖功率密度還是比較高,其中LLC的控制部分,輔助源部分以及BUCK電路驅(qū)動(dòng)(大功率多路輸出)部分在小板上,就沒拿出來(lái),看看主功率方面的布局特點(diǎn)吧: 
  1. 輸入輸出端子是固定死的,不能動(dòng),板子是長(zhǎng)方形的,主功率流向如何去選擇? 這里采用由下至上,由左及右的方式來(lái)布局,散熱是依靠外殼。 
  2. EMI電路還是清晰的流向,這點(diǎn)很重要,要不混亂了不美觀也對(duì)EMC不好。 
  3. 大電容的位置盡量考慮到了PFC環(huán)路以及LLC主功率環(huán)路; 
  4. 副邊的電流比較大,為了走電流,以及整流管散熱,采用了這樣的布局,整流管在上,BUCK電路MOS管在下,散熱分散效果好;大功率的頂層一般走負(fù),底層走正。 
  5. 每個(gè)板子有自己的特點(diǎn),當(dāng)然也有自己的難處,如何合理解決是關(guān)鍵,大家從中能理解布局合理選取的含義嗎?
7、PCB實(shí)例賞析
 
可以根據(jù)之前談?wù)摰腜CB布局要點(diǎn),檢視此板,是否做的很到位,我認(rèn)為是做到比較好的地方了,當(dāng)然瑕疵總會(huì)有,也可以提出來(lái),單面板如此緊湊能做到這樣已實(shí)屬不易了,可以借此板學(xué)習(xí)討論!后面還會(huì)針對(duì)此板講解學(xué)習(xí),大家先欣賞下。
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
8、PCB設(shè)計(jì)之四大環(huán)路認(rèn)識(shí):(PCB布局的基本要求就是四大環(huán)路面積小)
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
補(bǔ)充一下,吸收環(huán)路(RCD吸收以及MOS管的RC吸收,整流管的RC吸收)也很重要,也是產(chǎn)生高頻輻射的環(huán)路,對(duì)上圖有任何疑問,都?xì)g迎討論,不怕任何質(zhì)疑,只要是針對(duì)問題的質(zhì)疑,一起討論學(xué)習(xí)才能更大的進(jìn)步!
 
9、PCB設(shè)計(jì)之熱點(diǎn)(浮動(dòng)電位點(diǎn))及地線:
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
注意事項(xiàng):
  1. 針對(duì)熱點(diǎn),一定要特別注意(高頻開關(guān)點(diǎn)),是高頻輻射點(diǎn),布局走線對(duì)EMC影響很大。
  2. 熱點(diǎn)構(gòu)成的環(huán)路小,走線短,并且走線不是越粗越好,而是夠走電流夠用就好。 
  3. 地線要單點(diǎn)接地。主功率地和信號(hào)地分開,采樣地單獨(dú)走。 
  4. 散熱器的地需要接主功率地。
10、EMC整改心得體會(huì)
 
均為個(gè)人理解,或許與傳統(tǒng)資料教材有差異,請(qǐng)自己斟酌,反正我覺得很多通用的教材結(jié)果沒我自己總結(jié)的使用,自夸了。想說(shuō)的很多,可能有些亂,都是實(shí)踐出來(lái)的! 
 
一.EMC產(chǎn)生以及測(cè)試時(shí)測(cè)得的結(jié)果如何去理解:簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是如何對(duì)癥下藥,很多情況拿到第一輪測(cè)試結(jié)果,怎么將結(jié)果和電源去對(duì)照分析;主題思路如下: 
 
1.針對(duì)傳導(dǎo),測(cè)試范圍標(biāo)準(zhǔn)15K-30M,常見的EN55022是150K起。傳導(dǎo)的源頭是怎么產(chǎn)生的呢?針對(duì)低頻,主要是開關(guān)頻率以及其倍頻(后續(xù)有圖解),這種從源頭是無(wú)法解決的,開關(guān)頻率是無(wú)法消除的,當(dāng)然你可以改變開關(guān)頻率,那也只是將測(cè)試結(jié)果移動(dòng)了,并沒有真正意義上消除。只能通過(guò)濾波器來(lái)解決,一般來(lái)說(shuō)對(duì)于低頻采用R10K這種高磁通材質(zhì)有很好的效果,磁環(huán)大小跟你功率有關(guān)系,一般達(dá)到10MH感量,甚至更大到20MH,配合Y電容一般能很好解決,低頻不是難點(diǎn);真正的難點(diǎn)是高頻,個(gè)人認(rèn)為,高頻的起因就復(fù)雜多了,有開關(guān)導(dǎo)致,有變壓器可能,也有電感的可能,也就就是一切存在開關(guān)狀態(tài)的地方都可能存在(怎么判斷具體位置,后續(xù)講解),這里需要一番摸索;找到源頭未必源頭能解決,可能有改善,還是的配合濾波器。針對(duì)高頻,采用低磁通材質(zhì),如鎳鋅環(huán),感量一般都是UH級(jí)別的,配合合適Y電容(比較復(fù)雜的電源,建議布板時(shí)多留幾個(gè)Y電容位置,方便整改); 
 
2.一些配合手段,很多教材都提到增大X電容判斷差模還是共模,有一定意義可能現(xiàn)實(shí)幫助不大,設(shè)計(jì)時(shí)一般我們X電容都會(huì)放到合適的值。并且增大X電容就能解決差模問題,也是瞎扯,所以很多教材都是提供一定意義指導(dǎo),個(gè)人覺得沒什么用。我覺得比較好的手段有幾個(gè):1.對(duì)照接地和不解地總結(jié)差異,不接地可能更差,原因是系統(tǒng)構(gòu)造的傳導(dǎo)途徑少了;也可能有改善,說(shuō)明是通過(guò)地回路傳導(dǎo)到端口。具體解決措施,針對(duì)電路接地的點(diǎn)Y電容進(jìn)行調(diào)節(jié)以及加磁珠。2.在輸入端口套磁環(huán),若套低U環(huán)有改善,調(diào)節(jié)第一級(jí)濾波電感。3復(fù)雜的系統(tǒng)注意EMI電路的屏蔽措施。若措施都沒什么效果,反省PCB設(shè)計(jì),這方面在PCB設(shè)計(jì)中會(huì)講到。 
 
3.針對(duì)輻射:必須找出源頭去解決,觀測(cè)第一次測(cè)試結(jié)果,若是30M附近超出,跟接地相關(guān),系統(tǒng)上找接地,并且要判斷測(cè)試時(shí)是否接地良好,有時(shí)候輸入線都有影響。2.40M-100M以內(nèi),一般是MOS管開通關(guān)斷引起,有時(shí)后為了現(xiàn)場(chǎng)不好直接判斷是開通還是關(guān)斷,可針對(duì)性整改觀測(cè)結(jié)果去驗(yàn)證(當(dāng)然這都得花錢,后續(xù)會(huì)講解如何用示波器去判斷,這可是密招)。3 100M以上多為二極管引起,整改二極管吸收電容,大功率的有的可能是同步整流,更改MOS管吸收環(huán)路,記住有時(shí)候調(diào)整C時(shí)還得配合R整改。 
 
要說(shuō)的太多,后續(xù)針對(duì)具體實(shí)例去補(bǔ)充吧,先手打這么多,反正我打的夠辛苦,能引起共鳴很難,畢竟每個(gè)人的整改經(jīng)歷差很多,就當(dāng)給新人朋友一些啟示吧,后續(xù)會(huì)舉例說(shuō)明!
 
11、布板走線之濾波電容走線
 
濾波電容的走線對(duì)濾波效果有至關(guān)重要的作用,走的不好,可能失去其應(yīng)有的濾波效果。
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
圖一是副邊整流濾波走法,使二個(gè)電容效果分?jǐn)?,避免第二個(gè)電容在整流回路中失效。
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
圖二:為輸出濾波電容走線,一定不要外掛(也就是被旁路掉),走的不好輸出紋波很差。
 
12、LLC電路的布板與EMC
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
LLC電路大家最熟悉不過(guò)了,虛線圓圈是驅(qū)動(dòng)電路,在電路設(shè)計(jì)時(shí)緊靠MOS管放置,也就是說(shuō)IC提供的驅(qū)動(dòng)只需要引二根線拉到驅(qū)動(dòng)電路,驅(qū)動(dòng)電路離MOS管近,避免被干擾(同時(shí)走線時(shí)也要注意驅(qū)動(dòng)干擾到敏感信號(hào),既是敏感信號(hào)也是干擾源);一旦驅(qū)動(dòng)被干擾電源可想而知。
 
同理同步整流的MOS管驅(qū)動(dòng)也要離同步整流管近,設(shè)計(jì)原理圖時(shí)像此圖這樣放就能很好理解,假如你將這電路給PCB工程師布板,他就很直觀如何布局走線,你若是畫得很亂,很多PCB工程師對(duì)電路理解得布透徹可能就容易布錯(cuò)板。
 
另外:原邊有一個(gè)重要的環(huán)路,PFC電容與MOS管以及變壓器,諧振電感,諧振電容構(gòu)成的環(huán)路面積小;
 
副邊整流濾波環(huán)路同樣重要,電容的走線之前講過(guò),也很重要;
 
走線時(shí)注意高低壓的距離,有些地方電壓是浮動(dòng)的,必須當(dāng)作高壓來(lái)對(duì)待,比如上管驅(qū)動(dòng)以及對(duì)應(yīng)的參考電壓。
 
至于EMC方面LLC的開通是軟開關(guān),開通對(duì)EMC幾乎沒有影響,重點(diǎn)關(guān)注是關(guān)斷速度的快慢對(duì)EMC影響;還有MOS管結(jié)電容并的電容對(duì)EMC影響很大,選擇電容不合適,或是不加(MOS管自身也有結(jié)電容)對(duì)EMC都可能有影響,這是重點(diǎn)注意的地方;此圖沒有Y電容,在MOS管正或者負(fù)防置Y電容也能很好濾去開關(guān)干擾; 
 
對(duì)此電路有什么疑問的,可以提出來(lái)討論,在討論中彼此成長(zhǎng)!
 
13、電路設(shè)計(jì)與布板之PFC
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
上圖是典型的BOOST PFC電路: 
 
左邊綠色方框部分是驅(qū)動(dòng)電路,和之前LLC拓?fù)潋?qū)動(dòng)一樣,離MOS就近放置,原理圖上就體現(xiàn)出來(lái)。
 
右邊綠色虛線方框部分,是MOS管關(guān)斷尖峰吸收電路,一樣與MOS管構(gòu)成環(huán)路要最?。?nbsp;
 
另外二大重要環(huán)路,一是MOS管開通環(huán)路(虛線紅色圖),另一個(gè)是MOS管關(guān)斷環(huán)路(實(shí)線紅色圖);環(huán)路面積盡可能??;
 
14、磁環(huán)在EMC中妙用
 
有的產(chǎn)品EMC很難在源頭上去處理的,可以采用磁環(huán)濾波,當(dāng)然我這里說(shuō)的磁環(huán)有二個(gè)層面的意思,一方面是輸入輸出端的濾波電感,采用不同材質(zhì)磁環(huán),不同匝數(shù)會(huì)有對(duì)應(yīng)的效果,還有一方面意思是直接在輸入輸出線上套磁環(huán),有時(shí)能起到妙用,但不是在所有場(chǎng)合都能用,起碼還是能作為判斷依據(jù); 
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
上圖藍(lán)色和黑色線是輸出正負(fù)端,上面套了個(gè)磁環(huán),解決了輸出整流管引起的高頻端超出;有些時(shí)候端口的干擾在PCB板上加濾波器未必有效果,在輸出線上放磁環(huán)就有想不到的效果。
 
15、PCB走線之關(guān)鍵信號(hào)
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
注意:
  1. CS信號(hào)(采樣信號(hào)):從采樣電阻R25,R26拉出,注意IC的地線以采樣電阻為基準(zhǔn),采樣電阻的正負(fù)差分走線拉倒IC CS腳以及IC 的GND腳。
  2. 驅(qū)動(dòng)信號(hào)從驅(qū)動(dòng)電路拉倒IC驅(qū)動(dòng)引腳,注意不要干擾到CS腳;如圖走線三根線并排走,并且將地線走在驅(qū)動(dòng)先和CS線中間起到一定屏蔽作用;
  3. 雙面板最好將IC一層鋪地屏蔽,鋪地的網(wǎng)絡(luò)一定要從IC GND引出,非關(guān)鍵信號(hào)GND可直接打過(guò)孔,關(guān)鍵信號(hào)地需要單點(diǎn)接地,直接接IC;
  4. FB反饋網(wǎng)絡(luò)信號(hào)注意查分走線并且單點(diǎn)接IC;
  5. RCD吸收網(wǎng)絡(luò)不要放在主回路;
  6. VCC的整流濾波地需要接主功率地,二級(jí)濾波可接IC 地;
  7. Y電容走線單獨(dú)接,不可與主功率混淆,避免干擾。
16、主功率及控制部分地接線示意圖
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
可能很多人看到此圖,云里霧里的,大致介紹下: 
  1. PFC的驅(qū)動(dòng)和IC共地接PFC管,更具體點(diǎn)是接采樣電阻的地; 
  2. DC-DC部分的驅(qū)動(dòng)地和控制地接DC開關(guān)管部分的采樣地;
  3. 輔助源部分控制地接輔助源MOS管采樣第,MOS管地再接主功率地; 
  4. 各自IC的供電地通過(guò)輔助源EC濾波接IC地,注意RC濾波靠近IC。
總結(jié):注意好各自的單點(diǎn)接地,地線不亂,是走線最重要的地方之一?。?!
 
17、電磁場(chǎng)屏蔽機(jī)理分析
 
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圖一:磁場(chǎng)屏蔽原理
 
如圖對(duì)照:輸入和輸出的電場(chǎng)干擾可以通過(guò)電容傳輸耦合,若增加屏蔽板,則增加了C4的大小,并且C1也會(huì)減小,對(duì)電場(chǎng)干擾起到衰減的目的;
 
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圖二:磁場(chǎng)屏蔽原理
 
如圖:磁場(chǎng)屏蔽的特點(diǎn)和磁場(chǎng)不一樣,需要外殼屏蔽,電場(chǎng)只需要平面屏蔽板,故散熱器屏蔽帶來(lái)的是電場(chǎng)屏蔽,有的采用外殼封閉式電源則起到了一定磁場(chǎng)屏蔽;
 
磁場(chǎng)屏蔽原理,磁場(chǎng)通過(guò)屏蔽罩會(huì)改變磁路,導(dǎo)致磁力線向周圍擴(kuò)散,中間磁場(chǎng)干擾達(dá)到屏蔽目的;
 
18、開關(guān)器件與EMC 
 
對(duì)器件的認(rèn)識(shí)對(duì)EMC也有著重要的意義,比如MOS管,主開關(guān)MOS是很重要的EMC源頭之一,還有整流管的開通以及關(guān)斷也會(huì)產(chǎn)生高頻輻射(原理是電流產(chǎn)生磁場(chǎng),變化的電流產(chǎn)生電場(chǎng));當(dāng)然這里主要是介紹半導(dǎo)體開關(guān)器件,其他的電感變壓器就不做說(shuō)明了;
 
開關(guān)器件哪些參數(shù)對(duì)EMC有重要影響,我們常說(shuō)快管,慢管是以什么作為參照的呢?我們都知道快管開通損耗小,為了做高效率都喜歡用,但是為了EMC順利通過(guò),不得不舍棄效率,降低開關(guān)速度來(lái)減弱開關(guān)輻射; 
 
對(duì)于MOS管,開通速度是由驅(qū)動(dòng)電阻與輸入結(jié)電容決定的;關(guān)斷速度是由輸出結(jié)電容與管子內(nèi)阻決定;
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
參照以上兩圖,是不同型號(hào)的MOS管,對(duì)比下輸入結(jié)電容和輸出結(jié)電容,2400PF與800PF;780PF與2200PF;一看就知道第一個(gè)規(guī)格是快管,第二個(gè)是慢管,這時(shí)候決定開關(guān)速度還要與驅(qū)動(dòng)電阻匹配;常規(guī)情況驅(qū)動(dòng)電阻在10R-150R比較多,選取驅(qū)動(dòng)電阻與結(jié)電容有關(guān),針對(duì)快板驅(qū)動(dòng)電阻可適當(dāng)增大,慢管驅(qū)動(dòng)電阻可適當(dāng)減小;
 
對(duì)于二極管,有肖特基二極管,快回復(fù)二極管,普通二極管,還有一種用的比較少的SIC二極管,開關(guān)速度SIC二極管幾乎為零,等于是沒有反向恢復(fù),開關(guān)輻射最小,并且損耗也最小,唯一的缺點(diǎn)就是價(jià)格昂貴,故很少用;其次就是肖特基二極管,正向壓降低,反向恢復(fù)時(shí)間短,依次是快回復(fù)和普通二極管;需要在損耗和EMC之間折中;一般可采取改吸收以及套磁珠等措施整改EMC;
 
19、EMC之濾波器
 
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濾波器的架構(gòu)選擇對(duì)濾波器的影響很重要,在不同場(chǎng)合,濾波器是根據(jù)阻抗匹配來(lái)達(dá)到濾波效果,大家可根據(jù)此圖的原則參考選取如何濾波;比如最常用的輸出整流橋后采用π型濾波以及輸出端采用LC濾波器; 
 
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濾波器的材質(zhì)對(duì)設(shè)計(jì)濾波電感也是至關(guān)重要,采用不同初始磁導(dǎo)率的材質(zhì)會(huì)在不同頻率段起作用,選錯(cuò)材質(zhì)就完全失去應(yīng)有的效果;
 
20、EMC之反激高頻等效模型分析
 
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先從最簡(jiǎn)單的模型理解EMC: 
 
EMC的路徑,當(dāng)然空間輻射是跟環(huán)路有關(guān),環(huán)路也是路徑構(gòu)造成的;分析出反激高頻等效模型,幫助理解EMC形成的機(jī)理;我們的測(cè)試接收設(shè)備會(huì)從L,N端接收傳導(dǎo),為了減小接收的干擾,就必須讓干擾通過(guò)地回路流通而不從L,N端口流向接收設(shè)備;這時(shí)候我們的EMI電感以及Y電容通過(guò)阻抗匹配就可以實(shí)現(xiàn);另外原邊的干擾可以通過(guò)原副邊Y電容,變壓器雜散電容以及大地耦合到副邊,形成更多的回路;當(dāng)然一些結(jié)電容參數(shù),如MOS管結(jié)電容,散熱器結(jié)電容也能構(gòu)成流通路徑;
 
21、輻射的形式以及頻率分布
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
這個(gè)圖可能有些抽象,不過(guò)正好EMC是很難做到具體,需要給到我們一些啟示,可知:差模輻射是以環(huán)路的形式存在,而共模輻射是以天線的形式發(fā)射;因此正好印證前面說(shuō)我們布板的時(shí)候開關(guān)環(huán)路的布局以及走線的時(shí)候不要走銳角,常規(guī)走45度,最好是圓弧走線,當(dāng)然走線效率會(huì)比較低;
 
這些原理基礎(chǔ)知識(shí)理解得好,對(duì)實(shí)際處理EMC工作以及布板很有用那個(gè),如果沒這種意識(shí),可能毫無(wú)用處,因?yàn)樘峁┎涣酥苯臃椒?,需要與其他知識(shí)想結(jié)合;
 
而且這里提的很多原理東西,在很多EMC資料中是看不到的,而且也沒這么集中,需要反復(fù)體會(huì)! 
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
如圖:一些頻率端與開關(guān)電源產(chǎn)生部位的關(guān)系,這只是一般規(guī)律,不要完全相信;既是規(guī)律又不能盡信是為什么?規(guī)律并不是在所有情況下成立,不同電源的差異也很大,所以原理是幫你分析,而不是按照方法去硬套;
 
22、EMC實(shí)例
 
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
從22個(gè)方面分析:電源PCB設(shè)計(jì)與EMC的關(guān)聯(lián)
 
根據(jù)傳導(dǎo)實(shí)例,頻率的分布點(diǎn)關(guān)鍵是具體的數(shù)據(jù)與基頻之間的關(guān)系,這個(gè)測(cè)試完后,需要揣測(cè)這些數(shù)值的規(guī)律,可能能發(fā)現(xiàn)什么蛛絲馬跡;當(dāng)然對(duì)于這些頻率如何通過(guò)濾波器去解決的手段前面也說(shuō)過(guò)了; 
 
這里是給大家補(bǔ)充一些似乎很神秘的EMC它是怎么來(lái)的,感覺不再神秘,而不只是稀里糊涂的采用濾波器解決了問題! 
 
以上內(nèi)容轉(zhuǎn)載自電源聯(lián)盟。
 
 
 
 
 
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