Снижение электромагнитных излучений в импульсных преобразователях путем корректной разводки печатной платы
Расположение компонентов и разводка печатной платы оказывают основное влияние на характеристики электромагнитного излучения импульсных преобразователей. В данной статье рассматриваются основные способы минимизации электрических и магнитных полей, а также наведенных электромагнитных излучений.
DC/DC-преобразователи широко используются в большинстве современных электронных систем, а их популярность обусловлена высоким КПД преобразования. К сожалению, они также имеют репутацию шумящих и нестабильных, и зачастую возникают сложности при прохождении сертификации на электромагнитные излучения (ЭМИ). Большинство из этих проблем (если исключить некорректный выбор компонентов) порождаются расположением компонентов и разводкой печатной платы. Ошибки в разводке печатной платы могут положить конец любой самой совершенной разработке. Хорошая разводка платы позволяет не только пройти сертификацию на ЭМИ, но также играет решающую роль в корректности функционирования. Чтобы прочувствовать данную проблему, необходимо просмотреть требования к уровню ЭМИ и сопоставит их с потенциальными источниками ЭМИ в типичных преобра-
зователях постоянного напряжения (ППН). Остановимся на понижающем преобразователе в качестве примера (излагаемые далее рекомендации могут быть напрямую отнесены к повышающим преобразователям и другим топологиям). Изложенные рекомендации будут проиллюстрированы практическим примером разводки печатной платы импульсного преобразователя.
В требованиях по ЭМИ описывается исследуемая частотная область. Она разделена на два диапазона. В низкочастотном диапазоне от 150 кГц до 30 МГц измеряется вносимый во входную линию переменный
ток. В высокочастотном диапазоне 30 МГц... 1 ГГц измеряются излученные электрические и магнитные поля. Электрические поля генерируются узловыми напряжениями схемы, а магнитные поля генерируются токами. Наиболее проблематичной формой сигнала является скачкообразная (например, прямоугольные импульсы), которая генерирует широкий спектр гармоник, достигающих очень высоких частот.
Для идентификации источников ЭМИ необходимо ознакомиться с принципом работы понижающего преобразователя, представленного на рисунке 1а. Основной идеей импульсных источников питания является работа транзисторов VT1 и VT2 в ключевом режиме, а не в линейном, как у стабилизаторов компенсационного типа. Протекающие токи и перепады напряжения транзис-
торов имеют прямоугольную форму, но являются противофазными для минимизации потерь мощности.
Обратимся к рисунку 1б, где показаны напряжение в узле коммутации VLX и токи I1 и I2 прямоугольной формы, протекающие через транзисторы и содержащие высокочастотные составляющие. Ток через индуктивность I3 имеет треугольную форму и должен рассматриваться как потенциальный источник шума. Такие формы сигналов необходимы для достижения высокого КПД, но при этом представляют собой главную проблему с точки зрения ЭМИ.
Идеальный преобразователь не должен генерировать внешних магнитных и электрических полей и должен потреблять только постоянный ток на своем входе. Все эффекты, вызванные работой импульсной схемы, должны быть подавлены в пределах блока преобразователя. За выполнение этого отвечают разработчик схемы и инженер по разводке печатной платы, которые должны гарантировать выполнение изложенных ниже требований.
Электрическое поле генерируется в узле LX, т.к. на всех остальных узлах присутствует постоянное напряжение. Это поле легко ограничить за счет достаточно малой площади узла и близкого расположения общего слоя (таким образом, данное поле ограничивается в этом слое). Однако при этом нельзя переусердствовать, т.к. увеличение паразитной емкости приводит к снижению эффективности и может привести к появлению затухающих колебаний напряжения в узле LX. С другой стороны малые размеры узла, как следствие, привносят последовательное сопротивление, чего нужно избегать.
|
