L'actualité PCB - Schéma de conception de mise en page PCB pour module de puissance à faible interférence électromagnétique

Dans la conception de l'alimentation, même la conception d'un convertisseur courant continu à courant continu ordinaire peut poser une série de problèmes, en particulier dans la conception d'une alimentation haute puissance. En plus des considérations fonctionnelles, les ingénieurs doivent également s'assurer de la robustesse de la conception du PCB pour répondre aux objectifs de coût, aux performances thermiques et aux contraintes d'espace, et bien sûr au calendrier de la conception. En outre, les interférences électromagnétiques (EMI) générées par l'alimentation électrique doivent être suffisamment faibles pour des raisons de spécifications du produit et de performances du système. Cependant, le niveau d'interférence électromagnétique de l'alimentation est l'élément le plus difficile à prédire avec précision dans la conception. Certains pensent même que ce n'est tout simplement pas possible et que le plus qu'un designer puisse faire est d'en tenir pleinement compte dans la conception, en particulier dans la mise en page.

Bien que les principes discutés dans cet article s'appliquent à un large éventail de conceptions d'alimentation, nous nous concentrons uniquement sur les convertisseurs DC - DC. En raison de son large éventail d'applications, presque tous les ingénieurs en matériel sont exposés au travail qui leur est associé et peut - être quand un convertisseur de puissance doit être conçu. Dans cet article, nous examinerons deux compromis courants associés à une conception à faible interférence électromagnétique; Performances thermiques, perturbations électromagnétiques et dimensionnement des solutions liées à la disposition des PCB et aux perturbations électromagnétiques. Dans cet article, nous allons utiliser un Convertisseur abaisseur simple comme exemple, comme le montre la figure 1.

Figure 1. Convertisseur abaisseur de tension ordinaire

Pour mesurer les perturbations électromagnétiques rayonnantes et conductrices dans le domaine fréquentiel, il s'agit d'un développement en série de Fourier de formes d'ondes connues. Cet article étudie principalement les performances des perturbations électromagnétiques rayonnées. Dans un Convertisseur abaisseur synchrone, les principales formes d'onde de commutation provoquant des perturbations électromagnétiques sont générées par Q1 et Q2, c'est - à - dire par le courant di / DT de chaque FET du drain à la source pendant sa période de conduction respective. Les formes d'onde de courant (Q et q2on) représentées sur la figure 2 ne sont pas des trapèzes très réguliers, mais nous avons une plus grande liberté de fonctionnement car la conversion du courant conducteur est relativement lente, Ainsi, vous pouvez appliquer le livre classique de Henry ottâ, Electronic Systems Formula 1 in Noise Reduction Technology. Nous avons constaté que pour des formes d'onde similaires, leurs temps de montée et de descente affecteraient directement l'amplitude harmonique ou le coefficient de Fourier (in).

Figure 2: Forme d'onde pour Q1 et Q2

In = 2idin (nÍd) / nÍd * SIN (nËtr / t) / nëtr / T (1)

Où N est l'ordre harmonique, t la période, I l'intensité maximale du courant de la forme d'onde, d Le rapport cyclique et tr le minimum de tr ou TF.

Dans des applications pratiques, il est très probable que l'on rencontre simultanément des émissions harmoniques impaires et paires. Si seuls les harmoniques impairs sont générés, le rapport cyclique de la forme d'onde doit être précis à 50%. En pratique, il y a rarement une telle précision de rapport cyclique.

L'amplitude des perturbations électromagnétiques de la séquence harmonique est influencée par la coupure de Q1 et Q2. Ceci est bien visible lorsque l'on mesure le temps de montée tr et le temps de descente TF de la tension drain - source VDS, ou le temps de montée di / DT des courants circulant dans Q1 et Q2. Cela signifie également que nous pouvons réduire le niveau d'interférence électromagnétique en réduisant la vitesse de commutation de Q1 ou Q2. C'est ce qui est vrai. L'allongement du temps de commutation a en effet une grande influence sur les harmoniques dont la fréquence est supérieure à f = 1 / Ítr. Cependant, à ce stade, un compromis doit être fait entre l'augmentation de la dissipation thermique et la réduction des pertes. Néanmoins, c'est toujours un bon moyen de contrôler ces paramètres, contribuant à trouver un équilibre entre les perturbations électromagnétiques et les performances thermiques. En particulier, cela peut être fait en ajoutant une petite résistance (généralement inférieure à 5 îlots). Cette résistance peut être mise en série avec les grilles de Q1 et Q2 pour contrôler tr et TF. Vous pouvez également mettre en série une "diode de blocage" avec une résistance de grille pour contrôler indépendamment les temps de transition tr ou TF (voir figure 3). C'est en fait un processus itératif que même les concepteurs de puissance les plus expérimentés utiliseront. Notre but ultime est de réduire les perturbations électromagnétiques à un niveau acceptable en réduisant les vitesses de conduction et de coupure des transistors, tout en veillant à ce que leur température soit suffisamment basse pour assurer la stabilité.

Ci - dessus est une introduction au schéma de conception de la disposition PCB avec de faibles interférences électromagnétiques dans le module d'alimentation. IPCB est également fourni aux fabricants de PCB et à la technologie de fabrication de PCB