电源模块设计及硬件抗干扰常用方法
时间:2019-08-02 来源:meanwellpower.net浏览次数:167
电源中的主要设计挑战是稳定性,瞬态响应,效率,EMI和布局,采用分立实现的板载电源解决方案时,需要针对每个电源测试这些特性,就算是将设计重新用于新电路板的新布局时也要如此,即使是在谨慎模拟或以前经过原型设计的电路中,实际布局也可能引入稳定性问题,电磁辐射,意外的瞬态行为或出人意料的效率结果,这可能会给项目增加不必要的设计反复,并可能推迟整个产品的发布,电源模块的主要优势之一便是消除这些风险,考虑到性能,电源布局主要在电源模块内,电感,控制器和功率晶体管全部封装在一起,采用固定,经过测试和验证的内部连接,效率,瞬态性能,稳定性和EMI均在数据手册中列出。
电源模块的第二个优势是电路尺寸,模块内部的信号布线比PCB上更加紧凑,因此,模块通常在功率密度方面优于分立实现的同类产品,在一些应用中,这会产生与目标外形是否匹配的区别,最终明纬电源用户希望较小的IoT平台,可穿戴电子产品和固态硬盘解决方案的尺寸小巧,这种小尺寸有时会引入与器件温度额定值相关的其他问题。
电源模块的辐射极低,紧密封装的性质可最大程度减小相位节点上各元件间的距离,并使功率晶体管栅极非常接近电源驱动器,在分立实现电源的PCB布局中,最佳做法是尽可能缩短这些走线的长度,从而有希望不产生任何EMI问题,不过,这要等到对成品电源进行测试后才能知晓,对于电源模块,这些连接都在模块内部,并且与每个硅芯片单独封装并在PCB上连接在一起的情况相比,其走线长度明显更短。
B类额定值标准,因此最终电路的性能不会出现不确定性,这不仅消除了意外EMI问题的风险,而且在通常情况下,总EMI远低于未使用该集成电源解决方案的情况。
形成干扰的基本要素有三个:。
(1)干扰源,指产生干扰的元件,设备或信号,如:台湾明纬雷电,继电器,可控硅,电机,高频时钟等都可能成为干扰源。
(2)传播路径,指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介,典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
(3)敏感器件,指容易被干扰的对象,如:A/D,D/A变换器,单片机,数字IC,弱信号放大器等。
1。
干扰的耦合方式。
(1)直接耦合:。
这是最直接的方式,也是系统中存在最普遍的一种方式,比如干扰信号通过电源线侵入系统,对于这种形式,最有效的方法就是加入去耦电路。
(2)公共阻抗耦合:。
这也是常见的耦合方式,这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情况,为了防止这种耦合,通常在电路设计上就要考虑,使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。
(3)电容耦合:。
又称电场耦合或静电耦合,是由于分布电容的存在而产生的耦合。
(4)电磁感应耦合:。
meanwell又称磁场耦合,是由于分布电磁感应而产生的耦合。
(5)漏电耦合:。
这种耦合是纯电阻性的,在绝缘不好时就会发生。
2。
常用硬件抗干扰技术。
针对形成干扰的三要素,采取的抗干扰主要有以下手段。
2.1。
抑制干扰源。
抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt,这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则,常常会起到事半功倍的效果,减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现,减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。
抑制干扰源的常用措施如下:。
(1)继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的反电动势干扰,仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。
(2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路,创联电源电阻一般选几K到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响。
(3)给电机加滤波电路,注意电容,电感引线要尽量短。
(4)电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1μF高频电容,以减小IC对电源的影响,注意高频电容的布线,连线应靠近电源端并尽量粗短,否则,等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。
(5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。
(6)可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。
2.2。
切断干扰传播路径。
按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。
所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰,高频干扰噪声和有用信号的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播,有时也可加隔离光耦来解决,电源噪声的危害最大,要特别注意处理。
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