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Con la mejora del rendimiento de los dispositivos semiconductores de potencia y la innovación de la tecnología de conversión de interruptores, la tecnología electrónica de potencia se ha utilizado ampliamente en varios equipos de alimentación. En la actualidad, los productos de la fuente de alimentación del interruptor son a menudo pequeños, de alta velocidad y de alta densidad. Esta tendencia ha hecho que los problemas de compatibilidad electromagnética se vuelvan cada vez más graves. El proceso de conmutación de alta frecuencia de voltaje y corriente producirá una gran cantidad de EMI (interferencia electromagnética). Si no se limita esta parte de la interferencia, afectará seriamente el funcionamiento normal del equipo eléctrico circundante. Por lo tanto, el diseño de PCB de la fuente de alimentación del interruptor es un aspecto importante para resolver el problema de la compatibilidad electromagnética de la fuente de alimentación del interruptor. La razón por la que el tablero de PCB se considera un componente indispensable e importante en el diseño de la fuente de alimentación del interruptor es que es responsable de la doble conexión de los componentes eléctricos y mecánicos de la fuente de alimentación del interruptor y es la clave para reducir el diseño EMI del equipo electrónico.
1 interferencia electromagnética en el diseño de PCB
1.1 interferencia de acoplamiento electromagnético
En el diseño del circuito, la interferencia de acoplamiento electromagnético afecta principalmente a otros circuitos a través del acoplamiento de conducción y el acoplamiento de resistencia de modo común. Desde el punto de vista del diseño emc, el circuito de alimentación del interruptor es diferente del circuito digital ordinario, con una fuente de interferencia relativamente obvia y líneas sensibles. En términos generales, las fuentes de interferencia de las fuentes de alimentación del interruptor se concentran principalmente en componentes y cables con grandes tasas de variación de voltaje y corriente, como tubos de efecto de campo de potencia, diodos de recuperación rápida, transformadores de alta frecuencia y sus cables conectados. Las líneas sensibles se refieren principalmente a los circuitos de control y a las líneas conectadas directamente al equipo de medición de interferencias, ya que estos acoplamientos de interferencia pueden afectar directamente el funcionamiento normal del circuito y el nivel de interferencia transmitida al exterior. El acoplamiento de resistencia de modo común se refiere al voltaje formado en la resistencia pública de un circuito cuando la corriente de dos circuitos pasa por una resistencia pública, que afecta a otro circuito.
1.2 interferencia de conversación cruzada
La interferencia de conversación cruzada entre tiras, cables y cables en la placa de circuito impreso es uno de los problemas más difíciles de superar en el circuito de la placa de circuito impreso. La conversación cruzada aquí se llama conversación cruzada en un sentido más amplio, ya sea que la fuente sea una señal útil o ruido, la conversación cruzada se expresa por la capacidad mutua y la inducción mutua del cable. Por ejemplo, la línea de banda en el PCB lleva el nivel de control y lógica, y la segunda línea de banda cerca de ella lleva la señal de bajo nivel. Cuando la longitud del cableado paralelo supera los 10 cm, se espera que haya interferencia de conversación cruzada; La interferencia de crosstalk también se convierte en un problema importante cuando un cable largo lleva varios grupos de datos de alta velocidad en serie o en paralelo y líneas de control remoto. La conversación cruzada entre cables eléctricos adyacentes es causada por campos eléctricos a través de condensadores mutuos y campos magnéticos a través de la inducción mutua.
Al considerar el problema de la conversación cruzada en la banda de pcb, el principal problema es determinar cuál es más importante en el acoplamiento de campos eléctricos (condensadores mutuos) y campos magnéticos (transformadores de inducción mutua). La determinación del modelo de acoplamiento depende principalmente de la resistencia de la línea, la frecuencia y otros factores. En general, el acoplamiento capacitivo predomina a altas frecuencias, pero si uno o dos de los receptores o fuentes utilizan un cable blindado y están conectados a tierra en ambos extremos del blindaje, predominará el acoplamiento magnético. Además, la baja resistencia del circuito suele ser baja a baja frecuencia, y el acoplamiento inductivo es el factor principal.
1.3 interferencia de radiación electromagnética
La interferencia de radiación es una interferencia introducida debido a la radiación de ondas electromagnéticas en el espacio. La radiación electromagnética de PCB se divide en radiación de modo diferencial y radiación de modo común. En la mayoría de los casos, la interferencia transmitida producida por la fuente de alimentación del interruptor es principalmente la interferencia de modo común, y la eficiencia de radiación de la interferencia de modo común debe ser mucho mayor que la interferencia de modo diferencial. Por lo tanto, en el diseño EMC de la fuente de alimentación del interruptor, es particularmente importante reducir la interferencia de modo común.
2 pasos de supresión de interferencia de PCB
2.1 Información sobre el diseño de PCB
Al diseñar un pcb, necesita conocer la información de diseño de la placa de circuito, que incluye lo siguiente:
(1) número de equipos, tamaño de los equipos y embalaje de los equipos;
(2) requisitos generales de diseño, ubicación del diseño del dispositivo, si hay dispositivos de alta potencia y requisitos especiales para la disipación de calor de los dispositivos de chip;
(3) la velocidad del chip digital, si el PCB se divide en áreas de baja, media y alta velocidad, y cuáles son las áreas de entrada y salida de la interfaz;
(4) tipo, velocidad y dirección de transmisión de la línea de señal, requisitos de control de resistencia de la línea de señal, dirección y conducción de la velocidad del autobús, señales clave y medidas de protección;
(5) tipo de fuente de alimentación, tipo de puesta a tierra, requisitos de tolerancia al ruido de la fuente de alimentación y la puesta a tierra, configuración y División de la fuente de alimentación y el plano de tierra;
(6) el tipo y la velocidad de la línea del reloj, la fuente y el destino de la línea del reloj, los requisitos de retraso del reloj y los requisitos de cableado más largos.
2.2 estratificación de PCB
En primer lugar, se determina el número de capas de cableado y suministro de energía necesarias para realizar la función dentro de un rango de costos aceptable. El número de capas de la placa de Circuito está determinado por factores como los requisitos funcionales detallados, la inmunidad, la separación de las categorías de señal, la densidad del dispositivo y el cableado del bus. en la actualidad, la placa de circuito ha pasado gradualmente de una sola capa, dos capas y cuatro capas a más capas. El diseño de placas impresas multicapa es la principal medida para lograr estándares de compatibilidad electromagnética. Los requisitos son:
(1) la distribución de capas de energía separadas y formaciones de tierra puede inhibir bien la interferencia de modo común inherente y reducir la resistencia de la fuente puntual;
(2) el plano de alimentación y el plano de puesta a tierra están lo más cerca posible entre sí, y el plano de puesta a tierra suele estar por encima del plano de alimentación;
(3) es mejor colocar circuitos digitales y analógicos en diferentes capas;
(4) la capa de cableado es preferentemente adyacente a todo el plano metálico;
(5) los circuitos de reloj y los circuitos de alta frecuencia son las principales fuentes de interferencia y deben tratarse por separado.
2.3 diseño de PCB
La clave del diseño EMC de la placa de circuito impreso es el diseño y el cableado, que están directamente relacionados con el rendimiento de la placa de circuito. En la actualidad, el grado de automatización de la EDA del diseño de la placa de circuito es muy bajo, lo que requiere una gran cantidad de diseño manual. Antes del diseño, se debe determinar el tamaño del PCB para cumplir con la función al menor costo posible. Si el tamaño del PCB es demasiado grande y los dispositivos están dispersos durante el diseño, la línea de transmisión puede ser muy larga, lo que aumentará la resistencia, reducirá la resistencia al ruido y aumentará los costos. Si el dispositivo se coloca de manera centralizada, la disipación de calor no es buena y los rastros adyacentes son propensos a la conversación cruzada de acoplamiento. Por lo tanto, se debe diseñar de acuerdo con la unidad funcional del circuito, teniendo en cuenta factores como la compatibilidad electromagnética, la disipación de calor y la interfaz. El diseño general debe seguir los siguientes principios:
(1) organizar cada unidad de circuito funcional de acuerdo con el flujo de la señal del circuito para que el flujo de la señal sea consistente;
(2) centrarse en los componentes centrales de cada unidad de circuito funcional, y otros componentes se organizan en torno a ellos;
(3) acortar el cableado entre los componentes de PCB de alta frecuencia en la medida de lo posible y minimizar sus parámetros de distribución;
(4) los componentes vulnerables a la interferencia no deben estar demasiado cerca entre sí, y los componentes de entrada y salida deben mantenerse alejados;
(5) evitar el acoplamiento entre el cable de alimentación, el cable de señal de alta frecuencia y el cableado general.
