Güç malzemeleri, yüksek frekanslarda tamamen ve tamamen tükenen bir yapı bloğu haline geldi - elektromanyetik uyumluluk (EMC) için ödül verildi, yüksek verimlilik, kompakt boyut ve ışık ağırlığına rağmen. Ancak çok işletim prensibi - tamamen yüksek frekanslarda transistörleri değiştirmek - elektriksel gürültüyü tehlikeye atabilir, elektriksel uyumluluk (EMC) kritik bir şekilde etkili hale getirebilme yeteneği, diğer ekipman veya acı çekme performansın bozulmasına neden olmadan, diğer elektrotiğe müdahale etme ve diğer cihazların performans bozulmalarına neden olur.

Güç Malzemelerini Anlamayı Anlamak

Güç malzemeleri (ayrıca geçiş-mode güç malzemeleri veya SMPS) elektrik gücünü geçici olarak bir gerilim seviyesinden başka bir yüksek frekanslı geçiş elemanı kullanarak - birkaç megahertz'dan birkaç megahertz'a kadar uzanan frekanslarda döndürür ve uygulama olarak dağıtır.

Yaygın topolojiler, buck (başlangıç), yükselteç (tav) ve yarı-tam köprü tasarımları içerir.Her topoloji kendi geçiş dalgalarını, dalgalama özelliklerini ve gürültü imzalarını içerir. Farklılıklarına rağmen, tüm SMPS, EMI'nin temel bir kaynağını paylaşır: Hızlı bir şekilde hareket eden akımları ve gerilimleri değiştirir.

Elektromanyetik Uyumluluk Challenge

EMC iki tamamlayıcı açıdan oluşur: [FONT:0])[[FONT][/TR] ve [[FONT:2|Iymunity[Comité International Spécial des Perturbations Radiolectriques) ve FCC (Federal İletişim Komisyonu) tarafından yapılan yüksek düzeyde yapılan ve kesintiye uğramak için uygun şekilde işletmek için uygun şekilde çalışır.

Örneğin, düzenleyici uyumun ötesinde, fakir EMC gerçek dünya operasyonel sorunlara neden olabilir. Örneğin, bir güç tedarikinden EMI baskılı bir devre kurulunda (PCB), dijital mantıkta yanlış tetikleyicilere yol açan verileri kesintiye uğratabilir veya yanlış bir şekilde tetikleyebilir.

Güç malzemeleri ile geçiş yapan EMI'nin kaynakları

SMPS'de EMI'nin birincil kaynakları şunları içerir:

  • [FONT:0) Geçiciler: [Dönder:[Dönder: 1) Güç geçişinin ani ve dönüşü, devredeki parasitik indüktörler ve kapasitanslar nedeniyle gerilim artışları ve ringing yaratır.
  • [FONT:0]Diode geri dönme: [DDiode ters kurtarma: [DFLT:1] Çıktı, geri dönüş akımı yüksek frekanslı harmoniklerle keskin bir mevcut nabız yaratır.
  • [FONT:0) Yüksek Dv / sper ve di /dt:[DÜT:1) Hızlı gerilim kenarları (yüksek) DÜ:2|DÜyetim[DÜye Olmayanlar[DÜye Olmayanlar) Yük ve deşarj parasitik kapasitanslar, yer düzlemleri ve ısı bataklıkları ile akışları oluşturan yer değiştirmeler.
  • [FONT:0)Transformer sızıntısı: izole edilmiş topolojilerde, dönüştürücü mağazaların dağıtım noktaları enerji, geçişin gerçekleştiğinde, her ikisine de katkıda bulunan ve yayılan gürültüye katkıda bulunan.
  • [FONT:0] Parasitik darbe: [Dönetici: Capacitive ve indüktif bir dönüştürücünün birincil ve ikincil tarafları arasında, veya güç aşaması ve hassas analog veya dijital devreler arasında, ses çıkarabilir.

Zavallı EMC'nin Sonuçları

EMC testlerini başarısız olan cihazlar düzenleyici sertifikasyonu reddedebilir, üreticilerin aynı elektrik devrelerine ek olarak yatırım yapmaya zorlayabilirler. Alanda aşırı emisyonlar radyo iletişimini, GPS alıcılarını, Wi-Fi veya Bluetooth bağlantılarını bozabilir. Bazı durumlarda, müdahale aynı elektrik devrelerine ciddi güvenlik riskleri yaratabilir.

Düzenleme Standartları ve Uyum

Bir seviye oyun alanı sağlamak ve zararlı müdahaleyi en aza indirmek için, hükümetler ve uluslararası organlar emisyon limitlerini ve bağışıklık koşullarını belirlediler. Ticari elektronik için en yaygın olarak kabul edilen standartlar şunlardır:

  • [FONTNT:0)CISPR 32[DÜT:1) ve [[Dönetici:2)CISPR 22[Dönetici:0) (şimdi multimedya ekipmanları için CISPR 32 tarafından değiştirildi: Bu, frekans aralığı 150 kHz'yi 30 MHz'den 1 GHz'ye kadar 30 MHz'e kadar 30 mm'ye kadar emisyonlar gerçekleştirdi.
  • [FONT:0)FCC Bölüm 15[DÜDÜDÜDÜDÜNÜDÜSÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ: 1) Sınıf B için ilgili olarak kesin sınırlarla dijital cihazlar sınıflanır.
  • [FONT=0] 55032[DÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜ BÖLÜMÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ: 2) ve [[Üyetim: 2)
  • [FONT=0)IEC 61000-4-x[Dönetici:0)IEC 61000-4-x[Dönetici: 1 ), elektrostatik deşarj (IEC 61000-4-2), radiated RF (IEC 61000-4-3), ve elektrik hızlı geçiciler (IEC 61000-4-3).

Tasarımcılar ayrıca, CISPR 25 gibi belirli endüstri standartlarının farkında olmalıdır. Otomotiv elektronik ve DO-160 avanoniks için uygunluk testleri genellikle tam olarak tanımlanmış test kurulumlarını kullanarak akredite edilmiş laboratuvarlarda yapılır, örneğin line impedance stabilizasyon ağları (LISNs) tarafından yapılan emisyonlar ve açık havuz testleri veya anekoic odalar için.

EMC Uyum Teknikleri için

EMI'yi geçiş güç malzemelerinden çıkarmak, gürültüyü kaynağında ele alan çok yüksek bir yaklaşım gerektirir, yönlendirme yollarını engeller ve müdahale sistemi zayıflatır. Aşağıdaki bölümler en etkili teknikleri ayrıntılı olarak detaylandırır.

Giriş ve Çıktı Filtreleme

[FONT:0]EMI filtreler[Dönetici:0)[Dönetici) temel güç frekansının geçişine izin verirken, x ve Y kapasiteliler ile birlikte yapılan filtreler için, yüksek frekanslı gürültüyü geri döndürür. Proper yerleştirme - gürültüye veya geri yüklemeye kapalıdır.

Filtreler tasarlarken, mühendisler hem kaynak hem de yüklemenin en üst kat kaybı için hesabı olmalıdır. Ferrite beads, common-mode chokes, ve multi- stage LC filtreleri ortak seçimlerdir. Filtrenin kesme frekansının altında iyi olmalıdır.

Shielding ve Grounding

[FONT:0]Shielding[[Dönetici:0) [Döneticiler içinde, iç içe geçmiş alanların devrelere karışmasını veya devreye girmesini engelleyebilir.In power material, iterin kendisi, ilk ve ikincil rüzgarlar arasında bir Faraday kalkanı ile korumalıdır.

[FONT:0]Grounding[[DÜDÜT:1) eşit derecede önemlidir. PCB'deki düşük seviyeli bir zemin uçağı geri dönüş akımlarına ve zemine en aza indirmeye yardımcı olur. Yıldız zemin teknikleri genellikle hassas sinyal zemininden ayırmak için kullanılır, tek bir noktada bağlantı ile. Ground loops kaçınılmalıdır, özellikle de SMPS'nin dış ekipmana bağlı olduğu zaman.

PCB Layout En İyi Uygulamaları

PCB'deki bileşenlerin fiziksel düzenlemesi EMI. Key düzen yönergeleri üzerinde derin bir etkiye sahiptir:

  • Yüksek frekanslı mevcut döngülerin alanını (örneğin, güç geçişi, inductor ve bir buck dönüştürücüsinde kapasitör) ile oluşturulan döngüyü özetleyin.
  • Uzak talep sağlamak için anahtarlama cihazları olabildiğince yakın.
  • Hassas analog veya dijital izler güç aşamasından uzak tutun ve onları izole etmek için zemin izlerini veya bekçi halkalarını kullanın.
  • Üst katmanlı gürültüden alt katmanı korumak için iç bir zemin uçağını kullanın.
  • Yol geçiş düğümleri (örneğin, MOSFET’nin boşaltılması) anten benzeri radyasyonu azaltmak için minimum bakır alan ile.
  • Masa kenarının yakınında giriş ve çıkış filtreleri yerleştirin ve filtre bileşenlerin iyi zemine sahip olmasını sağlayın.

3D elektromanyetik alan çözücüler veya devre seviyesinde EMI simülatörü gibi simülasyon araçları, prototyping öncesi emisyonları tahmin edebilir ve pahalı iterasyonları azaltır.

Gelişmiş Teknikler

Temel filtreleme ve düzeninin ötesinde, birkaç gelişmiş teknik daha da iyi bir şekilde EMC'yi geliştirebilir:

  • [FONT:0)Spread spektrum frekansı modulation:Muhtemesel olarak küçük bir varyasyon (örneğin, ±5%) geçiş frekansına ek olarak, enerji daha geniş bir bant genişliğine yayılmıştır, top emisyonları tek bir harmonik olmadan azaltın.
  • [FONT:0)Soft geçiş:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönemli) ve sıfır-dönüşüm (ZVS) gibi teknikler ve sıfır-dönüşüm (ZCS) sürekli olarak sıfırlandığında, DÜŞÜNCÜŞÜNCÜDÜNCÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜSİTE (ÜŞÜN) ve ÖLÜMÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ
  • [FONT:0]Snubber devreleri: [Dönetici: [D) Diriliş veya dayanıklılık (RC) veya kontrasepsiyonel (RCD) snubbers dampen yüksek frekanslı ringing across keys and diyots. Ancak, onlar güçsüz güç ve verimsizliği azaltmak gerekir, bu yüzden dikkatli kullanılmalıdır.
  • [FONT:0)Gate sürücü optimizasyonu:[Dönetici:[Dönetici:0)) Kapıyı yavaşlamak için (Dönetici) ısıtmak için, ancak artan geçiş kayıplarının maliyetine bağlı olarak.

Bitirme seçimi de önemlidir: Hızlı veya Schottky diyotları düşük geri kurtarma şarjı ile seçmek, entegre kapı direnişçileri kullanarak ve düşük eşdeğer serilere sahip kapasitörler seçmek (ESL) ve direniş (ESR) tüm bunlar daha temiz geçişe katkıda bulunur.

EMC Compliance için test

Bir tasarım EMC limitlerini karşılayan bir tasarım, ürün geliştirme sürecinde önemli bir adımdır. Pre-compliance testi, genellikle bir spektrum analizörü ve yakın saha araştırmaları ile birlikte, büyük sorunları erken yakalayabilir. ancak, son sertifika standart ekipman kullanarak akredite bir laboratuvar tarafından yapılmalıdır.

Tipik testler şunları içerir:

  • [FONT:0)Kondüklenmiş emisyonlar:[Dönetici:[Dönetici: 0) Bir LISN ve bir alıcıyı kullanarak, AC analarında gürültü 150 kHz'den 30 MHz'e kadar ölçülmektedir. Limitler sınıf ve standart olarak değişir.
  • [FONT:0)Radiated Emisyonlar:[Dönetici:0) Cihazın test altında bir anekoic odasında bir sıraya yerleştirilir ve bazı durumlarda 30 MHz'den 6 GHz'ye kadar bir anten önlemi.
  • [FONT:0]Immunity testleri: [Dönetici: [Dönetici: 0,2] Cihazın çeşitli rahatsızlıklara maruz kaldığı (radyasyon RF, ESD, EFT, dalgalanma) ve performans herhangi bir bozulma için izlendi.

Başarılı test genellikle devre veya düzenine uygun bir şekilde ayarlanmalıdır. Laboratuvardan gelen veriler tam frekans ve darbe mekanizmaları belirleyebilir, ek filtreleme veya kalkanlamanın gerekli olduğu yere rehberlik eder. Gürültü kaynaklarının ayrıntılı bir şekilde anlaşılması gerekir - ve bunları modelleme yeteneği - dramatik bir şekilde azaltılabilir.

Power Supply EMC'deki Future Trends

Geçiş frekansları pasif bileşen boyutlarını azaltmaya devam ettikçe, EMI yönetimi daha zor hale gelir. Wide-bandgap yarı iletkenleri gibi -keşitli EMI filtrelerinin tipik yelpazesine cevap verir (SiC) daha hızlı geçiş kenarlarını (sub-nanosanüretim) ve ileri paketleme tekniklerini verir.

Ek olarak, Nesnelerin İnterneti (IoT) ve kablosuz güç transferinin yükselişi, yeni EMC kısıtlamaları ekleyecektir. Ürünler, birden çok kablosuz standartlarla (Mavi, Wi-Fi, 5G) kalabalık ortamlardaki analizler ile ilgili olarak ortaya çıkabilir: CISPR 32 artık gelişmiş emisyon ölçümlerini belirli ekipmanlar için 6 GHz'ye genişletiyor ve gelecekteki güncellemeler daha sıkı kontroller talep edebilir. EMI optimizasyonu için de geliştiriliyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Güç malzemeleri modern elektronikte vazgeçilmezdir, doğrusal düzenleyicilerin eşleştiremeyeceği verimlilik ve kompaktlık sağlar. Ancak, yüksek frekanslı geçiş işlemleri, cihazı işlemi bozabilecek ve düzenleyici emisyon limitleri ihlal edebilecek elektromanyetik müdahaleler.In understand the resources of EMI-from Transitions and diyot recovery to parasitic coupling - kalkanlar, ayarlama, ayarlama ve gelişmiş teknikler.Ingörüntüleme ve yumuşak geçiş gibi standartlar ile uyum sağlama gibi.Ingereksiz 32, ve IEC 61000 isteğe bağlı değildir; Bu, piyasa ve güvenilir bir performans için önbellekli bir şekilde tasarlanmıştır.