Güç Malzemesinde Elektromanyetik Müdahaleyi Anlamak

Elektromanyetik müdahale (EMI) istenmeyen elektromanyetik enerji çiftlerinin hassas devrelere girmesine neden oluyor, performans bozulmalarına veya doğru başarısızlığa neden oluyor. Kompakt güç tedarik modüllerinde, birincil suçlular yarı iletkenler (MOSFETs, diyotlar) ve yüksek frekanslı manyetik bileşenleri anlama (düktörler, transformatörler) ve yüksek frekanslı manyetik bileşenler (geçmiş ve hassas bir şekilde yer alan küçük bir ayak izin fiziksel kısıtlamaları, EMI yönetimi daha büyük, iyileştirici tasarımları daha zorlu hale getiriyor.

EMI güç hatları ve sinyal izlerini takip eder, ancak EMI propagates hava yoluyla elektrik ve manyetik alanlar olarak yayılır. Her iki mod da aynı geçiş düğümü için istenmeyebilir ve her biri CISPR 22/32 (EN 55032) ve FCC Part 15 gibi uygun filtreleme ile ele alınmalıdır.

Compact Designs'ta EMI'nin Anahtar Kaynağı

Aşağıdaki elementler, miniaturized güç modüllerinde sorunlu müdahalenin sağlanmasından en sık sorumludur:

  • [FONT:0) Transistörleri [DÜDÜT:1] – Yüksek dv/dt ve di / devre dışı bırakma gürültü yaratmadı.
  • [FONT=0)Rectifier diyots[[Dönetici:0)[Dön kurtarma akımı yüksek frekanslı çatlakları devreye enjekte eder.
  • [FONT=0)Magnetic bileşenleri[[Dönetici: 1) Leakage flux indüktörler ve transformatörlerden birkaçı yakındaki izlerinin içine alabilir.
  • [FONT:0]Parasitic kapasitance[[Dönetici: 1 ) – Değiştirilen ve zemin veya ısısinks arasındaki Stray kapasitance, yüksek frekanslı mevcutlar için bir yol sunar.
  • [FONT:0]Input/ ⁇ kablolar[[Dönemli: 1) Antenler olarak hareket ederler, modül içinde ortaya çıkan gürültüyü.

EMI Azaltımı için Temel Stratejiler

1. PCB Layoutout

Baskılı devre kurulu düzeni, EMI performansını belirlemek için en etkili faktördür. Kompakt modüllerde her milimetre önemlidir, bu nedenle önceliklendirme kritiktir.

  • [FONT:0)Mükemmel alanlar[[Dönetici:0)))) - Yüksek akım döngüler (örneğin, giriş kapasitör → geçiş → şarj cihazı) mümkün olduğunca küçük olmalıdır.
  • [FONT:0) Yüksek frekanslı düğümleri kısa tut – Üst yarıda (eskiden yüksek MOSFET) sadece induktöre bağlı küçük bir bakır ada olmalıdır ve düşük yanlı MOSFET. Bu düğümden uzun izler çalıştırmadan kaçının.
  • [FONT:0)Separate sinyali ve güç gerekçesiyle[Dönetici: 1) - Kontrol devrelerinin kapatılmasından gürültülü geri dönüş akımlarını önlemek için bir yıldız alanı veya bölünmüş uçak yaklaşımı kullanın. Sonra, iki zemini tek bir noktada doğrudan IC altında bağlar.
  • [FONT:0)Temizleme yoluyla kullanılır[Dönetici:0)) - Bir zemin uçağın kenarlarında birden çok kez engellenmeyi azaltmak ve yüksek frekanslı enerjiyi içerecektir.

Daha derin bir bakış için, bakınız:0)TI'nin uygulama notu, PCB'nin adıma indirgecileri için ().

2. Shielding ve Grounding Teknikleri

Yalnız ayar yeterince emisyonları bastıramazken, fiziksel kalkanlama gerekli hale gelir. Kompakt modüller için, ortak yaklaşımlar şunları içerir:

  • [FONT:0] Metal muhafazalar veya kanlar[Dönetici: 1 ) – Anahtarlama bölgesini kapsayan bir metal kalkanı, kalkanın birden fazla noktadaki zemin uçağa uygun olması şartıyla.
  • [FONT:0]İç zemin uçaklar[Dönemli PCBler, güç katmanı ve sinyal tabakaları arasında yer alan sağlam bir zemin uçağı (veya iki) doğal bir kalkan olarak hareket eder.
  • [FONT:0)Guard izler[Dönetici:0) – Hassas bir sinyal hattının her tarafında bir zeminli iz çalıştırın, kapasitif darbeyi azaltabilir.

Zeminleme, antenler olarak hareket eden döngüler oluşturmak için dikkatli bir şekilde ele alınmalıdır. Ortak bir öneri, tüm devre için tek, düşük seviyeli bir zemin referansı kullanmaktır, genellikle iki katmanlı bir tahtanın alt katmanında sürekli bir zemin olarak uygulanır.

3. Giriş ve Çıktı Filtreleme

Filtreler EMI'ye karşı birincil savunmadır. Modülin güç girişine yerleştirilmeli ve gürültünün giriş otobüsüne kaçmasını veya yüke ulaşmasını engelleme noktalarına çıkmaları gerekir.

  • [FONT=0)Input filter[[[Dönetici:0)[[Dönetici:0)Input filter[[Dönetici:0)) - Bir maküla ödemcisi ile bir pi-filter (kapı) için, bir ferrite genellikle yeterli görünen gürültüyü bastırmak için etkilidir.
  • [FONT=0)Output filtresi[[[Dönetici:0)[[Dönetici:0))[[[Dönetici:0))) - Çıktı cihazının çıkışından sonra ikinci sipariş LC filtreyi azaltın ve yüksek hızlu frekansları azaltın.Inductor, DC'yi saturating olmadan işlemek için seçilmelidir.
  • [FONT:0]Bulk ve kapasitörler[Dönetici: 1) Düşük kapasiteliler, IC pins'e mümkün olduğunca yakın, daha büyük elektrolitik veya polimer kapasitörler daha düşük frekanslı bileşenleri işlemek için daha fazla.

Kapsamlı bir filtre tasarımı rehberi için, [[Üyetim:0)Analog Cihazlarının EMI filtre tasarımı üzerindeki makalesi).

4. Snubber Devreleri

Snubbers, parasitik indükt ve kapasitance'ta depolanan enerjiyi ayrıştırır, aksi takdirde gürültüyü aydınlatır.

  • [FONT:0]RC snubber[DÜDÜT:1] – A dirençli-kapı ağ yere doğru yerleştirilen.
  • [FONT:0]RCD snubber[DÜT:1) – Uçucu veya ileri dönüştürücüler için kullanılır, bu komponsiyon gerilimleri dönüştürücü sızıntıdan kaynaklanır.

Snubbers güç kaybı ekliyor ancak genellikle ayar parasitics yüksek ve marjların ince olduğu kompakt modüllerde kaçınılmazdır.

5.Görünen Spectrum Modulation

Birçok modern güç tedarik kontrolörleri, ek filtreleme olmadan geçiş limitlerini değiştirir. Bu, her bir frekans bandı üzerinde enerji dağıtılır, zirve emisyonlarını her frekansın herhangi bir frekansında azaltılabilir. azaltma temel ve harmonik olabilir, bu da ek filtreleme olmadan düzenleyici sınırları geçmek için yeterli olabilir.-Raylarpektrrum özellikle de marjın her dekanı hesaplanmış olması gerekir.

6.

Doğal olarak daha düşük EMI nesli ile bileşenleri seçmek önemli tasarım çabasını kurtarabilir:

  • [FONT:0)Fast-recovery veya Schottky diyotlar[Döntgen: 1) Ters kurtarma akımını ve ilişkili yüksek frekanslı yüzüğü azaltın.
  • [FONT=0) Düşük şarjlı MOSFETs[DÜT:1) - Kapı sürücü direnci artırılırsa, daha düşük dv /dt ve di /dt.
  • [FONT:0)Shielded inductors[[DÜT:1) – Manyetik alan darbesini azaltmak için. Toroidal veya kalkanlı klinisyenler kompakt modüllerde tercih edilir.
  • [FONT:0) Düşük seramik kapasitörler[DÜT:1) - alüminyum elektrolitik veya tantalum tipleriyle kıyasla daha iyi yüksek frekanslı dekoupling sağlayın.

Pratik Tasarım Kılavuzu Özet

Kompakt bir güç tedarik modülü için, aşağıdaki kontrol listesi, EMI performanslarının başlangıçtan ele alınmasına yardımcı olabilir:

  1. Geçiş frekansını tanımlar ve herhangi bir yayılma tahmin cihazı seçenekleri erken.
  2. Uzay izinleri olursa, dört katmanlı PCB kullanın.
  3. Giriş kapasitör ve MOSFET'leri mümkün olduğunca yakın, kısa, geniş izlerle yerleştirin.
  4. girdide bir pifilter ve çıktıda bir LC- filtresi çizin.
  5. Değiştirilen düğümün karşısında bir RC ubber ekleyin (malzeme tarafından belirlenen değer).
  6. Bir zeminli metal ile gürültülü bölgeyi kapat, eğer emisyonlar yüksek kalabilirse.
  7. Yakın bir alan Prodüksiyon ve spektrum analizörü kullanarak önceden bir test uygulayın. sorunları erken yakalamak için.

Ön değerlendirme ölçümlerinde ayrıntılı rehberlik, [[Gruple &:0)Rohde & Schwarz'in pre-compliance EMI testi).

Test ve Iteration

Hiçbir simülasyon gerçek dünya EMI. Fiziksel ölçüm önemlidir. Bir spektrum analizörü, küçük bir kapasitör içeren bir iz kullanın veya bir snubber ile sık sıkılır - başka izlere geçişin yakınında bulunur.

radiated emisyonlar için, açık bir test sitesi (OATS) veya tam bir anekoic odası resmi uyum için gereklidir. Ancak, birçok tasarım ekibi ön kullanım için yarı-tankoic bir oda veya GTEM hücresi kullanıyor.

Performans, Boyut ve Maliyet

Kompakt güç tedarik modülleri, her EMI mitigation stratejisi ticaretle gelir. Örneğin, büyük bir filtreyi kullanan bir üretici boyut ve maliyet artırır; bir metal kalkan montaj adımlarını ve ısı dağıtım zorluklarını ekler; yayılma-testi modulation, hafif yüklerdeki düşük maliyetliliğe sahip olabilir.

Ayrıca EMI performans ve termal performansın yakından bağlantılı olduğu da dikkate değer.Kolayların ısısının güç modülünün bir derasyonunu zorlayabileceği bir kalkan. Benzer şekilde, güç dağıtmanın bir çekiç ısı simülasyonu ve prototyping, EMI tasarımı ile paralel olarak devam etmelidir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Kompakt güç tedarik modüllerindeki elektromanyetik müdahale, her iki düzenleyici uyum ve güvenilir bir sistem için gerekli olan bir disiplin yaklaşımı talep eder, PCB düzeni, filtreleme, kalkanlama ve test. EMI kaynaklarını anlayarak ve tasarım döngüsünde mitigation, mühendisler her iki düzenleyici uyum ve güvenilir sistem elde edebilir. anahtar, her ikisine de güç veren bir tasarım kısıtlaması olarak EMI'yi tedavi etmek değildir.