電子發(fā)燒友App
01
?
首先從dcdc的拓?fù)溟_始，一般DCDC的拓?fù)漕愋蜁蠦UCK，BOOST，BUCK/BOOST，BOOST/BUCK等，它們是開關(guān)式DCDC，利用電容和電感儲能的特性,通過開關(guān)管進(jìn)行開關(guān)動作,將電能儲存在電容和電感里,當(dāng)開關(guān)管斷開時，電能釋放給負(fù)載。
若進(jìn)一步細(xì)分DCDC的種類，以激勵方式分為自激式和他激式；以調(diào)制方式可以分為脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制；以隔離方式分為隔離式(反激，LLC)與非隔離式；以承受電應(yīng)力分為硬開關(guān)和軟開關(guān)(軟開關(guān)和硬開關(guān)的最大區(qū)別就是電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力)；以開關(guān)同步方式分為同步開關(guān)和異步開關(guān)；以儲能電感連接方式分為串聯(lián)型和并聯(lián)型。
一：BUCK拓?fù)?/p>
BUCK工作原理之開通環(huán)路：
上圖的紅色部分就是開通環(huán)路，MOS管導(dǎo)通時，輸入源電流流經(jīng)MOS管對電感進(jìn)行儲能，流經(jīng)電感電流開始上升，同時有一部分能量傳遞到輸出端，此時二極管承受反向電壓而不導(dǎo)通。
BUCK工作原理之續(xù)流環(huán)路：
上圖藍(lán)色部分就是續(xù)流環(huán)路，MOS管關(guān)斷時，輸入源不再提供能量，電感產(chǎn)生反向感應(yīng)電壓，使得二極管導(dǎo)通，電感儲存的能量通過二極管形成的續(xù)流回路傳遞到輸出端，流經(jīng)電感電流開始下降。 在DCDC中遇到的EMC問題中最多的就是開通環(huán)路和續(xù)流環(huán)路，有時遇到一個DCDC的EMC的問題時給二極管串聯(lián)一個磁珠就好了，有時會出現(xiàn)振鈴，那么這個振鈴如何解決，這兩種情況就跟拓?fù)涞沫h(huán)路有關(guān)系，接下來通過電流分析說明EMC問題產(chǎn)生的原因。
BUCK工作原理之電流分析：
由上圖可知，BUCK的輸入電流是不連續(xù)的，輸出電流是連續(xù)的，在MOS管關(guān)斷之后，電感左側(cè)就沒有電流輸入，此時所有電流都往輸出端流了。再看波形，第一個是電感電流的波形，因?yàn)樨?fù)載的電流波形肯定是連續(xù)的，而MOS管的電流和二極管的電流就是一半有一半沒有。 EMC問題：MOS管在開通和關(guān)斷的瞬間會產(chǎn)生很高的電壓尖峰，取決于開關(guān)頻率的高低，SW是方波電壓波形，它是dv/dt電壓變化率和di/dt電流變化率的地方，也就是EMC問題產(chǎn)生的地方，另外就是自激振蕩。 EMC問題：二極管的噪聲來源于它的反向恢復(fù)。
二：BOOST拓?fù)?/p>
BOOST工作原理之開通環(huán)路：
上圖的紅色部分就是開通環(huán)路，MOS管導(dǎo)通時，電流流經(jīng)MOS管對電感進(jìn)行儲能，流經(jīng)電感電流開始上升，此時SW節(jié)點(diǎn)電壓為MOS管壓降，二極管承受反向電壓而不導(dǎo)通，能量不傳遞到輸出端，輸出端能量由電容提供。
BOOST工作原理之續(xù)流環(huán)路：
上圖藍(lán)色部分就是續(xù)流環(huán)路，MOS管關(guān)斷時，電感儲存的能量通過二極管傳遞到輸出端，同時直流輸入源也對負(fù)載提供能量，流經(jīng)電感電流開始下降。
BOOST工作原理之電流分析：
BOOST的電流環(huán)境中，有SW的節(jié)點(diǎn)，二極管是升壓用的，存在反向恢復(fù)的問題，mos管也一樣，存在開關(guān)噪聲，它跟buck最大的不同就是它的輸入電流連續(xù)而輸出電流不連續(xù)，因?yàn)殡姼幸谐掷m(xù)的電流流過，實(shí)際上EMC問題和BUCK差不多，就不多贅述了。
三：BUCK/BOOST拓?fù)?/p>
BUCK/BOOST工作原理之降壓功能：
Q1、Q3管導(dǎo)通, Q2、Q4管關(guān)斷,完成Buck電路開通環(huán)路; Q2、 Q3管導(dǎo)通，Q1、Q4管關(guān)斷完成Buck電路續(xù)流環(huán)路。
BUCK/BOOST工作原理之升壓功能：
Q1、Q4管導(dǎo)通，Q2、Q3管關(guān)斷，完成Boost電路開通環(huán)路；Q1、Q3管導(dǎo)通，Q2、Q4管關(guān)斷完成Boost電路續(xù)流環(huán)路。另外，此電路也可以反過來用。
BUCK/BOOST工作原理之電流分析：
此拓?fù)涞碾娏髂Ｊ揭埠蚥uck跟boost的差不多，就不多贅述了。
02
?
DC-DC EMC問題產(chǎn)生原因分析
一：電感(電感磁場空間輻射，耦合電感磁場產(chǎn)生的渦流效應(yīng))
通常使用幾種BUCK電感：磁屏蔽電感和非磁屏蔽電感和環(huán)形電感和工字電感，不同的電感產(chǎn)生的效果是不一樣的。 環(huán)形電感：它的磁路是閉合的，沒有磁場泄露在空氣中，漏磁相對較小。 工字電感：它的磁場變化形成閉合回路，是非磁屏蔽電感，有很多的磁場落到空氣中，造成磁場耦合。 磁屏蔽電感：無法泄露磁場。 非磁屏蔽電感：會泄露磁場。 EMC問題：電感磁場輻射，以工字型非磁屏蔽電感為例，當(dāng)脈動電流流過時就會產(chǎn)生磁場輻射，低頻磁場在附近的信號回路、磁性元件(共模電感、差模電感)產(chǎn)生感應(yīng)電壓與感應(yīng)電流,造成信號干擾、或者引發(fā)其他問題；低頻磁場穿過附近金屬平面時會產(chǎn)生渦流效應(yīng)，若不能有效消除渦流噪聲，則會產(chǎn)生嚴(yán)重的輻射問題。 解決方法：如果說預(yù)算充足可以直接使用磁屏蔽電感，這樣可以省略這部分問題。
EMC問題：如果共模電感靠近電源電感太近了，就會導(dǎo)致互感的問題。 EMC問題：雙線分繞的和雙線并繞的共模電感出現(xiàn)的問題不一樣，在各種資料中都會說電感要雙線并繞，那為什么要雙線并繞呢，就是因?yàn)殡p線并繞的時候兩根線感應(yīng)到的能量是一樣的，相減去差不多就抵消掉了。
EMC問題：接下來是渦流，當(dāng)電感靠近金屬的時候，就會產(chǎn)生渦流，如上圖的顯示器的電感太靠近金屬支架，就會產(chǎn)生渦流，那這個金屬支架就成了一個天線。 解決方法：第一就是把這個電感換成屏蔽電感，第二就是金屬支架接地，讓它產(chǎn)生的渦流能量回到原點(diǎn)，這個環(huán)路也保持最小。
二：開關(guān)噪聲(MOS管開關(guān)噪聲，二極管續(xù)流開關(guān)噪聲)和寄生參數(shù)(功率器件寄生參數(shù)，PCB寄生參數(shù)，器件+PCB寄生參數(shù)，結(jié)構(gòu)裝配寄生參數(shù))
EMC問題：開關(guān)噪聲跟輻射的關(guān)系，功率器件工作于開關(guān)狀態(tài)時，di/dt環(huán)路會產(chǎn)生磁場，dv/dt節(jié)點(diǎn)會產(chǎn)生電場；高頻電流環(huán)路和高頻開關(guān)節(jié)點(diǎn)分別產(chǎn)生交變磁場與交變電場，從而引發(fā)嚴(yán)重的空間輻射問題。
EMC問題：由下圖可知，開關(guān)波形的SW信號振蕩導(dǎo)致有振鈴產(chǎn)生，這個電壓會很高，甚至高于MOS管的電壓應(yīng)力時會擊穿MOS管(二極管同理)，燒壞整個電路。那么這個振鈴是怎么產(chǎn)生的呢，由上右圖可以看到，如果將此波形展開來看，可以發(fā)現(xiàn)一個220M頻率的信號，這個信號就是振鈴，接下來討論它如何產(chǎn)生的。
振鈴的產(chǎn)生：MOS管開通時,續(xù)流二極管寄生電容CB3被充電,寄生電感LB3, LB4積蓄能量,當(dāng)SW動態(tài)節(jié)點(diǎn)的電壓等于輸入電壓時，積累在LB3、LB4中的能量與CB3電容產(chǎn)生LC串聯(lián)諧振，從而產(chǎn)生上沖振鈴干擾，因此可以總結(jié)出來上沖振鈴實(shí)際上是續(xù)流二極管產(chǎn)生的。
振鈴的產(chǎn)生：MOS管關(guān)斷時,續(xù)流二極管導(dǎo)通,電感中會有電流持續(xù)流過,開關(guān)MOS管寄生電容CB1被充電,續(xù)流二極管寄生電容CB3放電,當(dāng)輸出電壓SSW動點(diǎn)電壓時,開關(guān)MOS管的寄生電容CB1停止充電,儲存在寄生電感LB3、LB4的能量與CB1組成LC串聯(lián)諧振,產(chǎn)生下沖振鈴噪聲干擾，因此可以總結(jié)出來下沖振鈴是MOS管的寄生電容產(chǎn)生的。
由上可總結(jié)出： EMC問題：上沖振鈴跟下沖振鈴?fù)瑫r存在時就說明環(huán)路有問題，PCB布線出了問題。 解決方法：更換了一個MOS管或二極管甚至串聯(lián)一個磁珠之后寄生振蕩有所改變，就說明寄生電容或寄生電感改變了，實(shí)際上寄生振蕩的頻率也改變了。但如果說串聯(lián)了一個磁珠，就會帶來一個新的電壓應(yīng)力的問題和走線的問題。 由下左圖所示，BOOST二極管的走線太長了，導(dǎo)致一個很嚴(yán)重的寄生振蕩波形，而優(yōu)化后由上右圖所示，可以發(fā)現(xiàn)振蕩減輕了不少，二極管連接了一個電容，而電容靠近二極管的引腳，此時二極管到電容的導(dǎo)線的寄生振蕩就基本可以被抵消掉。 可以看到，能用布線避免的問題就盡量用布線避免，如果加了吸收，引來了紋波的問題；如果加了磁珠，就會引來應(yīng)力的問題。
寄生振蕩產(chǎn)生原因：PCB寄生電感降低高頻旁路效果，產(chǎn)生寄生振蕩；功率器件寄生電容提供高頻電流耦合路徑，產(chǎn)生寄生振蕩；PCB寄生電容引發(fā)近場耦合；高頻旁路電容與PCB寄生電感引發(fā)寄生振蕩。 寄生振蕩是高頻輻射，高頻噪聲產(chǎn)生的主要因素，同時寄生振蕩可以改變寄生電感和寄生電容。
對于寄生參數(shù)的影響，由于寄生參數(shù)太復(fù)雜，各個元件(二極管，mos管，pcb)都有寄生參數(shù)，還有結(jié)構(gòu)的分布參數(shù)，糅合在一起就非常的困難。
三：電流環(huán)路(開通環(huán)路，關(guān)斷環(huán)路，主功率環(huán)路，高頻環(huán)路)
高頻電路環(huán)路形成的磁場大小取決于環(huán)路面積和電流大小，高頻電流環(huán)路面積越小，磁場對消效果就越好；反之，高頻電流環(huán)路面積越大，磁場對消效果就越差，空間輻射就越強(qiáng)。 所有的教科書都會說要保持電流環(huán)路最小，為什么呢，對于一個電路而言有正和負(fù)兩個線，一個出一個回，電流方向是完全相反的，此時產(chǎn)生的磁場就可以完全抵消，就不會對外界產(chǎn)生干擾讓環(huán)路以外沒有能量，如果讓環(huán)路最小，就可以保證這個事情。環(huán)路越長意味著走線越長，就會帶來寄生電感的影響，就會產(chǎn)生寄生振蕩，寄生振蕩的效果是很不理想的，如果開關(guān)芯片工作在200K的頻率下，就可能出現(xiàn)200M的狀況。環(huán)路最小的第二個好處就是可以避免寄生振蕩的出現(xiàn)。
我們要保證環(huán)路最小，就要知道環(huán)路是怎么走的，還有就是怎么做才能讓環(huán)路保持最小，接下來分析下圖案例。 案例一：如下圖，這是一個dcdc的濾波電容，在實(shí)際的運(yùn)用中，就會就地打過孔接地，如下左圖所示，問題出在過孔到底層并不能按照我們預(yù)期的正常工作，由左圖所示，這樣打過孔接地相當(dāng)于讓GND繞了一圈回來接地，讓環(huán)路增大了不少，而將電容的位置改成右圖那樣，此時這個電容的接地點(diǎn)就是芯片的參考地，此時它的環(huán)路是唯一的，直接從頂層回到GND的環(huán)路，由于過孔存在寄生電感，那么對于高頻來說，寄生電感會選擇這條最小的路徑回去，既可以直接接地，還可以避免不必要的環(huán)路存在。然后看第二個案例。
案例二：如下圖，這是一個boost，boost的輸出有個二極管，然后再經(jīng)過電容，那這個電容的接地方式，就應(yīng)該接到MOS管的GND，這樣的話電容的升壓環(huán)路是最小的，上左圖的輸出電容是直接接到底層的GND，再從底層回到芯片，這樣的話導(dǎo)致環(huán)路過大，導(dǎo)致低頻段的輻射很嚴(yán)重，如下左圖所示，若改成右圖那樣，讓電容從頂層接地，可以看到輻射變輕微了很多。
四：反饋(反饋電路設(shè)計(jì)，反饋環(huán)路)
反饋信號是根據(jù)負(fù)載輕重反饋給芯片內(nèi)部運(yùn)放，調(diào)節(jié)開關(guān)控制的信息窗口；反饋信號本身工作不穩(wěn)定，反饋給芯片的信息就是錯誤的，會導(dǎo)致芯片誤調(diào)整，引起輸出電壓的跌落或者升高，后端用電設(shè)備會因電壓波動出現(xiàn)工作狀態(tài)異常，甚至損壞。
反饋電阻的取值：
目前的DCDC電源模塊采用電流反饋比較多，加入一個微弱的電流流過一個很大的電阻，就會很容易產(chǎn)生電壓，很容易檢測到DCDC輸出電壓的變換，此時就有一個誤區(qū)，那就是以為電阻越大，電流越小，電壓變化越明顯，反饋也就越靈敏，但如果電阻越大，就意味著跌落的電壓也就越多，電壓波動的時候，就導(dǎo)致電阻兩端的電壓就不太穩(wěn)定，而電阻越小，跟DC輸出的電位差就越小，也就越穩(wěn)定，但如果電阻越小呢，就會帶來反饋的回應(yīng)越遲鈍的問題。綜上，電阻需要折中取值，一般使用k級或者10k級別的，不要用100k級的，100k級的會很容易偏離。
反饋信號的穩(wěn)定性：
影響反饋信號穩(wěn)定性的因素，分為反饋信號電路設(shè)計(jì)和反饋信號PCB設(shè)計(jì)。 反饋電路設(shè)計(jì)：最重要的就是分壓電阻參數(shù)的設(shè)計(jì)，然后是前饋電容補(bǔ)償，在分壓電阻的上偏置電阻上面加個電容前饋補(bǔ)償或在下偏置電阻上加個電容，起到補(bǔ)償或?yàn)V波的效果。 反饋信號PCB設(shè)計(jì)：第一是反饋的電從哪里取到，有時如果從濾波電容之前取，反饋本身就是有雜訊，所以反饋一定要在濾波電容之后取。第二是反饋兩側(cè)要加地線進(jìn)行屏蔽，如果旁邊走了一個電源或是其他的信號，那么就肯定會發(fā)生串?dāng)_。第三是反饋信號要采用差分布線處理，第四是環(huán)路面積要小，反饋線要盡量短，若反饋線拉得很長，就很容易收到外界信號的干擾，并且反饋線的影響也會很大。第五是反饋信號要遠(yuǎn)離干擾源，比如大電流的，強(qiáng)信號的，有電感的存在的。
五：開啟控制信號(EN腳開啟電壓設(shè)置，EN腳控制信號布線)
很多的芯片都有開啟和關(guān)閉的動作，這就是控制信號，EN腳是控制DCDC芯片開關(guān)控制引腳，其控制電平的穩(wěn)定是DCDC芯片可靠工作的重要條件，如果在這個電壓上設(shè)計(jì)出了問題，就會引起EMC，首先的就是抗擾度。 EMC問題：當(dāng)控制電平設(shè)置在芯片開啟電壓的邊界值時，若抗擾度測試時EN腳電壓波動偏離芯片門限電壓，則會出現(xiàn)DCDC芯片誤關(guān)閉的情況，引起輸出電壓跌落,導(dǎo)致后端用電設(shè)備工作異常。 EMC問題：EN腳電壓用分壓電阻給到，如果設(shè)計(jì)的分壓電阻輸出的電壓高于芯片手冊給的推薦電壓，正常情況下沒問題，但在做雷擊浪涌等測試的時候讓EN腳電壓波動，可能就會導(dǎo)致誤開或誤關(guān)，如果誤關(guān)并且輸出端沒有很大的電解電容去補(bǔ)償能量的時候，就會出現(xiàn)問題了。 舉例：下圖為EN腳偏置電壓設(shè)置偏低，靜電放電測試后端電路工作異常。
舉例：下圖為EN腳偏置電壓設(shè)置偏低，雷擊浪涌測試后端芯片工作異常。
一般直接給的話，EN腳電壓建議設(shè)計(jì)在2.8V以上(若芯片規(guī)格允許的話)。如果是EN腳有時序的話，就要考慮芯片的充電，如果GPIO的驅(qū)動電壓不夠的話，也會出問題。
03
?
DC-DC EMC問題調(diào)試技巧
一：輸出電壓問題調(diào)試
對于DCDC電源而言，首要就是保證輸出電壓的穩(wěn)定性，如果遇到了輸出電壓跌落。 ? ? ? ?第一：EN腳的對策，EN腳增加高頻濾波電容，調(diào)整上拉電源的電壓值，EN腳控制信號防護(hù)設(shè)計(jì)，分壓電阻參數(shù)調(diào)整。 ? ? ? ?第二：反饋電路的對策，反饋引腳增加對地高頻電容濾掉雜波，反饋信號增加前饋電容加速反饋的速度，反饋分壓電阻比例調(diào)整。 ? ? ? ?第三：輸出電壓穩(wěn)定的對策，增加電解電容讓它放電來補(bǔ)償不足的輸出電壓，增加穩(wěn)壓二極管保證輸出電壓穩(wěn)定在一個值上避免輸出電壓過高燒壞后面的負(fù)載，增加儲能元件。
二：環(huán)路面積問題調(diào)試(開通環(huán)路，續(xù)流環(huán)路，主功率環(huán)路面積，環(huán)路低頻磁場輻射，共環(huán)路耦合，散熱)
首先來看電流環(huán)路，如下圖所示，所有的DCDC都有一個功率地，有時可能在電路中加高頻旁路環(huán)路電容，那么這種電容都應(yīng)該接到功率地上面去。對于buck而言，假如說以二極管的接地點(diǎn)為參考點(diǎn)，那輸出高頻電容會回到二極管那里來，此時的續(xù)流環(huán)路是最小的，對于開通環(huán)路而言，C1和C2的地接到二極管那里，從C1流向電感再流到C2，再回來到C1，此時環(huán)路最小，對于主功率環(huán)路而言也是一樣的道理。之前是高頻的分析，接下來看低頻的情況，低頻跟寄生電感無關(guān)(低頻情況下寄生電感的電感量約為0)。
此時我們可以直到，畫原理圖十分關(guān)鍵，可以在畫原理圖的時候養(yǎng)成將環(huán)路標(biāo)清楚，將路徑標(biāo)清楚(如下圖那樣)的習(xí)慣，在繪制pcb的時候就會有個參考。 接下來看寄生環(huán)路，如下圖所示，電路中的參考地對大地而言實(shí)際上不是一個地，在模塊上引出了一根線接到大地時，那么這個地線的寄生電感存在的時候是很高頻的時候，此時如右下圖可以看到，相當(dāng)于形成了很多的寄生電容再接地，這種通路一般是不可控的，會形成電位差，此時我們就要讓他盡可能以原理圖的路徑走，就要多點(diǎn)接地，讓各個接地點(diǎn)都沒有電位差。
然后看共電流環(huán)路耦合，它是兩個電流環(huán)路擁有共同的路徑，弱信號被強(qiáng)信號干擾，干凈信號被噪聲信號耦合。它合是干擾問題產(chǎn)生的主要形式之一，也是傳導(dǎo)測試超標(biāo)的重要原因之一。在繪制PCB的時候，模擬地和數(shù)字地要分開，音頻地和視頻地分開，等等等等……但此時我們就會發(fā)現(xiàn)最后測試的時候一項(xiàng)也無法達(dá)標(biāo)，所有分地的理論是沒有問題的，但要弄明白分地的初衷是什么，分地的初衷是為了解決共環(huán)路耦合，共阻抗耦合，電流的泄放(比如雷擊的時候雷電的電流直接流向地而不通過電路上的元件，如果要讓電流往某方向走，就要將某方向的阻抗設(shè)計(jì)的最低)。 如下右圖所示，dcdc的電流環(huán)路和網(wǎng)口的環(huán)路是同一個環(huán)路。此時測網(wǎng)絡(luò)端傳導(dǎo)的時候就出現(xiàn)了dcdc芯片的開關(guān)頻率，并且在測試地環(huán)路的時候示波器夾子夾在不同的地方，環(huán)路就會發(fā)生改變，如果說此時夾到右上角的其他設(shè)備，可以發(fā)現(xiàn)地環(huán)路變得更長了，而且dcdc模塊的噪聲也會被引到網(wǎng)絡(luò)上。
然后是電感磁場問題，首先可以考慮更換磁屏蔽電感防止磁場泄露，切斷磁場耦合路徑，這個就是會增加成本了。次是距離控制，通過空間衰減磁場強(qiáng)度。最后可以利用磁場穿過金屬產(chǎn)生渦流效應(yīng)，渦流磁場與原來磁場互相抵消。
三：開關(guān)噪聲問題調(diào)試
對于開關(guān)噪聲而言，有時會認(rèn)為導(dǎo)通損耗等于關(guān)斷損耗，實(shí)際上這是不對的，要分開設(shè)計(jì)，比如有時候想要導(dǎo)通速度慢一點(diǎn)，關(guān)斷速度快一點(diǎn)。有時如果導(dǎo)通交叉面積大，就會讓導(dǎo)通損耗比較大了，此時就讓MOS管導(dǎo)通速度變慢一點(diǎn)，但如果說關(guān)斷交叉損耗很小，即使導(dǎo)通速度快也無所謂了，但這時候?qū)嶋H上可以分開設(shè)計(jì)兩個不同的驅(qū)動，不同的環(huán)路。 現(xiàn)在有一些芯片有抖頻功能(另外細(xì)講)，也可以降低EMI。 解決方式：降低開關(guān)頻率，開關(guān)頻率低的時候，開關(guān)噪聲和寄生振蕩都會比較小，至于開關(guān)頻率低的壞處，就是電感產(chǎn)生的低頻磁場的輻射比較強(qiáng)，由于磁場容易受到空間的衰減，越是高頻的磁場越容易衰減，而低頻的磁場穿透性會更強(qiáng)，高頻電流很容易受到電感的影響，而低頻電流卻不容易。 解決方式：遇到上沖振鈴和下沖振鈴可以增加吸收電路，如果RC設(shè)計(jì)小了抑制不了，加大了可能會引發(fā)其他問題，而又有可能因?yàn)樾酒瑑?nèi)部的布線導(dǎo)致振蕩而無法處理，此時可以考慮電壓鉗位電路，下圖上和下圖下就是很鮮明的對比。
四：寄生參數(shù)問題調(diào)試
所有的寄生振蕩都由幾個地方產(chǎn)生：器件，PCB，結(jié)構(gòu)，組合寄生參數(shù)。 解決方式：器件的寄生參數(shù)可以更換器件或者加吸收電路來解決。 解決方式：PCB的寄生參數(shù)可以通過優(yōu)化布局來解決，或者優(yōu)化接地，比如屏蔽的金屬罩可以接地(一個反例：電感或變壓器的漏磁場穿過金屬罩產(chǎn)生渦流，由于渦流電流必須要回到原端，如果接地點(diǎn)不足，就導(dǎo)致高頻電感兩端電位差很大和輻射路徑遠(yuǎn))。 解決方式：在結(jié)構(gòu)上可以在開孔，比如電腦電源就會開很多孔，不僅是為了通風(fēng)散熱，還可以避免高頻寄生電感，這是從電流的角度出發(fā)的，如果從電位差的角度出發(fā)，如果寄生電感過大了的話，還會產(chǎn)生新的電位差。 解決方式：在增加電容或電感的時候，就要考慮是電壓造成的干擾還是電流造成的干擾，電壓造成的干擾就增加電容濾波，而加電感可以衰減旁路電容的電流，讓輻射變小。 解決方式：增加阻尼，加磁珠(加電阻是破壞寄生振蕩最有效的方式，但為了維持電流，肯定不能加電阻的)，磁珠又有電感的特性又有電阻的特性，如果加了磁珠可能會產(chǎn)生電壓應(yīng)力，也就是反向的時候由于電壓突變會產(chǎn)生反向電壓，導(dǎo)致過沖。
五：傳導(dǎo)問題和輻射問題調(diào)試
電源端傳導(dǎo)問題：? ? ? ?
電感空間磁場輻射：使用磁屏蔽電感/與ac電源輸入端拉開距離
輸出電源環(huán)路低頻磁場輻射：與ac電源輸入端拉開距離/衰減環(huán)路中低頻噪聲電流 共電源阻抗耦合：調(diào)整pcb布線采用點(diǎn)對點(diǎn)布線方式衰減輸入電源線上的低頻噪聲電流
電信端傳導(dǎo)問題：? ? ? ?
共電源阻抗耦合：調(diào)整pcb布線采用點(diǎn)對點(diǎn)布線方式/衰減輸入電源線上的低頻噪聲電流
共地環(huán)路耦合：電源信號環(huán)路與dcdc輸入噪聲分開/衰減輸入電源線上的低頻噪聲電流/dcdc電路遠(yuǎn)離外部端子放置 電信端電路參數(shù)調(diào)整：Bob smith電路參數(shù)調(diào)整/Bob Smith電路電容接地點(diǎn)選擇/電信差分信號與buck電感距離控制/buck電感使用屏蔽電感
輻射問題：
環(huán)路面積問題：開通環(huán)路面積控制/續(xù)流環(huán)路面積控制/開通高頻旁路環(huán)路面積/續(xù)流高頻旁路面積 寄生參數(shù)影響：開關(guān)MOS管寄生電容/PCB布線寄生電感/同步MOS管寄生電容/動態(tài)線分布電容/續(xù)流二極管寄生電容 濾波設(shè)計(jì)：開關(guān)環(huán)路或者續(xù)流環(huán)路增加高頻磁珠/同步開關(guān)MOS管RC吸收/開關(guān)MOS管RC吸收/輸入供電電源濾波設(shè)計(jì)/續(xù)流二極管RC吸收 寄生振蕩：開關(guān)MOS寄生電容與PCB布線寄生電感振蕩/續(xù)流二極管寄生電容與PCB布線寄生電感振蕩/同步開關(guān)MOS管寄生電容與PCB布線寄生電感振蕩/PCB布線寄生電感與高頻開路寄生振蕩 ?
04
?
DC-DC EMC設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析
一：原理圖設(shè)計(jì)
RC吸收設(shè)計(jì)，高頻旁路設(shè)計(jì)，磁珠正確應(yīng)用：
如果PCB的環(huán)路設(shè)計(jì)的合理，實(shí)際上可以不需要加吸收，也可以預(yù)留吸收電路焊接位，避免調(diào)試的時候改板。下圖二極管的磁珠加的不正確，磁珠的高頻會和RC產(chǎn)生諧振，應(yīng)該讓RC并聯(lián)在二極管的兩邊，這樣的話還可以讓磁珠對二極管的應(yīng)力產(chǎn)生的小一些(舉一個反例：在電源輸入端加一個磁珠，然后加電容到地，然后導(dǎo)致芯片燒毀，如果沒有電容吸收電壓，就會產(chǎn)生很高的電壓應(yīng)力，讓芯片燒毀，正確的方式是先加一個高頻電容再加磁珠，對于的電源輸入端的電容先高頻再低頻還是先低頻再高頻的問題而言，在PCB布線很短的情況下問題不大，但在PCB布線很長的時候就要先高頻再低頻，因?yàn)楦哳l有寄生電感，會引起寄生振蕩小電容要放近一些，大電容可以遠(yuǎn)一點(diǎn))。電容可以提供阻抗濾掉電壓引起的干擾但會造成大的電流，而磁珠可以變成電流環(huán)進(jìn)一步消耗電流，所以下圖的磁珠如果加上效果會更好。
插入一個磁珠位置的問題，一般是哪里振蕩，磁珠就串在哪里，磁珠的作用就是為了解決寄生振蕩的問題，假如MOS管到二極管的走線過長會引起寄生振蕩，那就串在這里，假如是MOS管到電感的走線過長引起的寄生振蕩，那就串在那里，也可以直接留下預(yù)焊接位，哪個有問題串在哪里。然后看BOOST的設(shè)計(jì)，如下圖所示，原理基本差不多。
濾波與防護(hù)設(shè)計(jì)：
電源與外部連接濾波與防護(hù)的設(shè)計(jì)，靜電放電防護(hù)與雷擊浪涌防護(hù)。差模雷擊防護(hù)與共模雷擊浪涌防護(hù)。差模濾波與共模濾波,高頻濾波與低頻濾波設(shè)計(jì)。 ? ? ? ?如果是外部端口要考慮雷擊浪涌防護(hù)，差模防護(hù)，共模防護(hù)，可以在正負(fù)之間并聯(lián)一個TVS管做差模防護(hù)，正負(fù)分別對地是做共模防護(hù)，X電容做差模旁路，Y電容做共模旁路，避免外部線纜感應(yīng)外部噪聲，兩個共模電感形成pai型濾波電路。下圖最后一個電容有時候可以不加，跟噪聲源有很大的關(guān)系，所謂的感性負(fù)載產(chǎn)生電壓和容性負(fù)載產(chǎn)生電流(與常識恰恰相反)，因?yàn)殡姼性谕〝嗟臅r候會產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢應(yīng)對電流突變，噪聲就來源于這里，電容在充電放電是電流在急速變化。如果電壓成分較多的時候，在前面加個電容的話旁路效果就不一樣，如果電流成分較多的時候，加電容也沒關(guān)系，因?yàn)殡娙葑杩贡容^低(高頻噪聲)，總的來說要靠電感量來設(shè)計(jì)。而如果不加CX2的話，兩個電感串聯(lián)，兩級濾波就會變成一級，總的來說可以很靈活的調(diào)整這個濾波器，在PCB設(shè)計(jì)的時候就應(yīng)該全部預(yù)留焊接位，因?yàn)椴恢缹?shí)際上的噪聲是什么情況，在實(shí)際調(diào)試了之后，再來設(shè)計(jì)這個濾波電路。
二：PCB設(shè)計(jì)
有關(guān)疊層，在高速信號過程中與疊層相關(guān)，而電源也跟疊層有關(guān)，由于功率原因，很多會使用多層板，而多層板又帶來環(huán)路的改變，因此疊層和環(huán)路設(shè)計(jì)也需要注意。對于DCDC而言，首先就是參考地，保證環(huán)路最小，對于多層板而言，可以用中間層做參考，但一定要保證參考地在同一層，否則會導(dǎo)致環(huán)路面積直線上升。 ?
審核編輯：黃飛
?
工商網(wǎng)監(jiān)
評論