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开关稳压器的辐射分析

文章出处:宏锐电气人气: 发布时间:2017-6-21 9:14:04

在工业、医疗和汽车环境中,散热少、效率高对应用很重要,因此通常用开关稳压器替代换线性稳压器。此外,开关稳压器一般是输入电源总线上的第一个有源组件,因此对整个产品设计的EMI性能有很大的影响。传导辐射依赖于连接到产品上的导线和走线。既然噪声局限于设计中的特定端子或连接器,那么如上面已经提到的那样,在开发过程中,常常可以通过良好的布局或滤波器设计,相对较早地确保满足传导辐射要求。

一、稳压器辐射 EMI 则完全是另一回事。电路板上携带电流的所有东西都辐射电磁场。电路板上的每一条走线都是天线,每一个铜平面都是谐振器。除了纯正弦波或 DC 电压,任何信号都产生遍布信号频谱的噪声。即使进行了仔细设计,在系统进行测试之前,电源设计师也从不会真正知道辐射 EMI 有多严重。而直到设计基本完成,才会正式进行辐射 EMI 测试。

二、滤波器常常用来降低 EMI,降低某个频率或某个频率范围内的干扰强度。通过增加金属屏蔽和磁屏蔽,可以衰减经由空间辐射的那部分能量。通过增加铁氧体珠和其他滤波器,可以降伏依赖 PCB 走线的那部分能量 (传导辐射)。EMI 不可能彻底消除,但是可以衰减到其他通信、信号处理和数字组件可接受的水平。此外,稳压器为了确保符合工业和汽车系统要求,几家监管机构执行了一些标准。

三、采用表面贴装技术的新式输入滤波器组件比通孔式组件性能高。然而,这种改进却抵不过今天高频开关稳压器日益提高的要求。在更高的工作频率上要求非常短的最短接通和断开时间,导致因开关转换更快而带来更高次谐波分量,因此增大了辐射噪声。不过,要获得更高的转换效率,就需要这样高的开关速度。开关电容器充电泵没有这种问题,因为这种充电泵以低得多的开关频率工作,而且最重要的是,可以容许较慢的开关切换而不会降低效率。

四、熟练的 PCB 设计师会设计很小的热环路,并使屏蔽接地层尽可能靠近激活层。然而,要在去耦组件中存储充足的能量,对器件引脚布局、封装结构、热设计和封装尺寸就会有一定的要求,这些要求决定了最小热环路尺寸。使问题更加复杂的是,在典型平面印刷电路板中,走线之间高于 30MHz 的磁性或变压器型耦合将减弱所有滤波效果,因为谐波频率越高,不希望的磁耦合就越有效。

 


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