PHOENIX電源模塊設(shè)計(jì)方法資料分為幾部分
PHOENIX電源模塊的電磁干擾水平是設(shè)計(jì)中zui難的部分,,設(shè)計(jì)人員能做的zui多就是在設(shè)計(jì)中進(jìn)行充分考慮,尤其在布局時(shí),。由于直流到直流的轉(zhuǎn)換器很常用,,所以硬件工程師或多或少都會(huì)接觸到相關(guān)的工作,本文中我們將考慮與低電磁干擾設(shè)計(jì)相關(guān)的兩種常見的折中方案
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PHOENIX電源模塊設(shè)計(jì)中即使是普通的直流到直流開關(guān)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)都會(huì)出現(xiàn)系列問題,,尤其在高功率電源設(shè)計(jì)中更是如此。除功能性考慮以外,,工程師必須設(shè)計(jì)的魯棒性,,以符合成本目標(biāo)要求以及熱和空間限制,當(dāng)然同時(shí)還要設(shè)計(jì)的進(jìn)度,。另外,,出于產(chǎn)品規(guī)范和系統(tǒng)的考慮,電源產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)必須足夠低,。不過,,電源的電磁干擾水平卻是設(shè)計(jì)中zui難預(yù)計(jì)的項(xiàng)目。有些人甚認(rèn)為這簡直是不可能的,,設(shè)計(jì)人員能做的zui多就是在設(shè)計(jì)中進(jìn)行充分考慮,,尤其在布局時(shí)。
盡管本文所討論的原理適用于廣泛的電源設(shè)計(jì),,但我們?cè)诖酥魂P(guān)注直流到直流的轉(zhuǎn)換器,,因?yàn)樗膽?yīng)用相當(dāng)廣泛,幾乎每位硬件工程師都會(huì)接觸到與它相關(guān)的工作,,說不定什么時(shí)候就必須設(shè)計(jì)個(gè)電源轉(zhuǎn)換器,。本文中我們將考慮與低電磁干擾設(shè)計(jì)相關(guān)的兩種常見的折中方案;熱、電磁干擾以及與PCB布局和電磁干擾相關(guān)的方案尺寸等,。文中我們將使用個(gè)簡單的降壓轉(zhuǎn)換器做例子,,如圖1所示,。
在頻域內(nèi)測(cè)量輻射和傳導(dǎo)電磁干擾,這就是對(duì)已知波形做傅里葉數(shù)展開,,本文中我們著重考慮輻射電磁干擾,。在同步降壓轉(zhuǎn)換器中,引起電磁干擾的主要開關(guān)波形是由Q1和Q2產(chǎn)生的,,也就是每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管在其各自導(dǎo)通周期內(nèi)從漏極到源極的電流di/dt,。圖2所示的電流波形(Q和Q2on)不是很規(guī)則的梯形,但是我們的操作自由度也就更大,,因?yàn)閷?dǎo)體電流的過渡相對(duì)較慢,,所以可以應(yīng)用Henry Ott經(jīng)典著作《電子系統(tǒng)中的噪聲降低技術(shù)》中的公式1。我們發(fā)現(xiàn),,對(duì)于個(gè)類似的波形,,其上升和下降時(shí)間會(huì)直接影響諧波振幅或傅里葉系數(shù)(In)。
PHOENIX電源模塊其中,,n是諧波次,,T是周期,I是波形的峰值電流強(qiáng)度,,d是占空比,,而tr是tr或tf的zui小值。
在實(shí)際應(yīng)用中,,極有可能會(huì)同時(shí)遇到奇次和偶次諧波發(fā)射,。如果只產(chǎn)生奇次諧波,那么波形的占空比必須為50%,。而實(shí)際情況中極少有這樣的占空比精度,。
諧波系列的電磁干擾幅度受Q1和Q2的通斷影響。在測(cè)量漏源電壓VDS的上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf,,或流經(jīng)Q1和Q2的電流上升率di/dt 時(shí),,可以很看到這點(diǎn),。這也表示,,我們可以很簡單地通過減緩Q1或Q2的通斷速度來降低電磁干擾水平。
事實(shí)正是如此,,延長開關(guān)時(shí)間的確對(duì)頻率高于 f=1/πtr的諧波有很大影響,。不過,此時(shí)必須在增加散熱和降低損耗間進(jìn)行折中,。盡管如此,,對(duì)這些參數(shù)加以控制仍是個(gè)好方法,它有助于在電磁干擾和熱間取得平衡,。具體可以通過增加個(gè)小阻值電阻(通常小于5Ω)實(shí)現(xiàn),,該電阻與Q1和Q2的柵極串聯(lián)即可控制tr和tf,你也可以給柵極電阻串聯(lián)個(gè) “關(guān)斷二極管”來獨(dú)立控制過渡時(shí)間tr或tf(見圖3)。這其實(shí)是個(gè)迭代過程,,甚連經(jīng)驗(yàn)zui豐富的電源設(shè)計(jì)人員都使用這種方法,。我們的zui終目標(biāo)是通過放慢晶體管的通斷速度,使電磁干擾降低可接受的水平,,同時(shí)其溫度足夠低以確保穩(wěn)定性,。
開關(guān)節(jié)點(diǎn)的物理回路面積對(duì)于控制電磁干擾也非常重要。通常,,出于PCB面積的考慮,,設(shè)計(jì)者都希望結(jié)構(gòu)越緊湊越好,但是許多設(shè)計(jì)人員并不知道哪部分布局對(duì)電磁干擾的影響zui大,?;氐街暗慕祲悍€(wěn)壓器例子上,該例中有兩個(gè)回路節(jié)點(diǎn)(如圖4和圖5所示),,它們的尺寸會(huì)直接影響到電磁干擾水平,。
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