Technologie PCB - Étude de compatibilité électromagnétique de la carte PCB de puissance de commutation

Avec l'amélioration des performances des dispositifs semi - conducteurs de puissance et l'innovation dans la technologie de commutation, la technologie de l'électronique de puissance a été largement utilisée dans divers dispositifs d'alimentation. À l'heure actuelle, les produits d'alimentation à découpage ont tendance à être de petite taille, rapides et à haute densité. Cette tendance a déjà conduit à des problèmes croissants de compatibilité électromagnétique. Le processus de commutation à haute fréquence de la tension et du courant produit de grandes quantités d'EMI (interférences électromagnétiques). Si cette partie de la perturbation n'est pas limitée, elle affectera gravement le bon fonctionnement des équipements électriques environnants. Par conséquent, la conception de PCB pour les alimentations à découpage est la clé pour résoudre les problèmes de compatibilité électromagnétique des alimentations à découpage. La raison pour laquelle le PCB est considéré comme un composant essentiel et indispensable dans la conception de l'alimentation à découpage est qu'il est responsable de la double connexion des composants électriques et mécaniques de l'alimentation à découpage, ce qui est essentiel pour réduire la conception de l'électronique EMI.

1 interférence électromagnétique dans la conception de PCB

1.1 interférence de couplage électromagnétique

Dans la conception des circuits, les interférences de couplage électromagnétique affectent d'autres circuits principalement par le couplage par conduction et le couplage d'impédance de mode commun. Du point de vue de la conception Cem, les circuits d'alimentation à découpage sont différents des circuits numériques ordinaires, avec des sources d'interférence relativement évidentes et des lignes sensibles. D'une manière générale, les sources d'interférence des sources d'alimentation à découpage sont principalement concentrées sur les éléments et les fils qui ont une grande vitesse de variation de tension et de courant.

1.2 interférence diaphonique

L'interférence diaphonique entre les bandes, les lignes et les câbles dans une carte de circuit imprimé est l'un des problèmes les plus difficiles à surmonter dans un circuit de carte de circuit imprimé. La diaphonie mentionnée ici est une diaphonie au sens large, que la source soit un signal utile ou un bruit, la diaphonie étant représentée par la capacité mutuelle et l'inductance mutuelle des fils. Par exemple, une ligne à ruban sur un PCB porte des niveaux de contrôle et de logique, et une deuxième ligne à ruban près de celle - ci porte un signal de niveau bas. Des interférences diaphoniques sont attendues lorsque la longueur du câblage parallèle dépasse 10 cm; L'interférence diaphonique devient également un problème majeur lorsqu'un long câble transporte plusieurs ensembles de données haute vitesse et de lignes de télécommande en série ou en parallèle. La diaphonie entre fils et câbles adjacents est provoquée par un champ électrique passant par une capacité mutuelle et par un champ magnétique passant par une inductance mutuelle.

1.3 interférences par rayonnement électromagnétique

Les perturbations radiatives sont des perturbations introduites en raison du rayonnement des ondes électromagnétiques dans l'espace. Le rayonnement électromagnétique PCB est divisé en deux types: le rayonnement de mode différentiel et le rayonnement de mode commun. Dans la plupart des cas, les perturbations de conduction générées par l'alimentation à découpage sont dominées par des perturbations de mode commun dont l'efficacité radiative doit être bien supérieure à celle des perturbations de mode différentiel. Il est donc particulièrement important de réduire les interférences de mode commun dans la conception CEM des alimentations à découpage.

2 étapes de suppression des interférences PCB

2.1 Informations sur la conception du PCB

Lors de la conception d'un PCB, vous devez connaître les informations de conception de votre carte, qui comprennent les éléments suivants:

1° le nombre d’appareils, leurs dimensions et leur emballage;

(2) les exigences relatives à la disposition générale, à l'emplacement de la disposition des dispositifs, à la présence ou à l'absence de dispositifs de forte puissance et aux exigences particulières relatives à la dissipation de chaleur des dispositifs à puce;

(3) La vitesse de la puce numérique, si le PCB est divisé en zones à faible, moyenne et haute vitesse, qui sont les zones d'entrée et de sortie de l'interface;

(4) le type, la vitesse et la direction de transmission de la ligne de signal, les exigences de contrôle d'impédance de la ligne de signal, la direction et la situation de conduite de la vitesse du bus, les signaux clés et les mesures de protection;

2.2 couches de PCB

Tout d'abord, on détermine le nombre de couches de câblage et d'alimentation nécessaires pour réaliser cette fonction dans une fourchette de coût acceptable. Le nombre de couches de la carte est déterminé par des facteurs tels que les exigences fonctionnelles détaillées, l'immunité, la séparation des catégories de signaux, la densité des dispositifs et le câblage du bus. À l'heure actuelle, les cartes de circuit imprimé ont progressivement évolué d'une seule couche, double couche, quatre couches à plusieurs couches. La conception de plaques imprimées multicouches est la principale mesure pour atteindre les normes de compatibilité électromagnétique. Les exigences sont:

(1) la distribution de la couche d'alimentation séparée et de la couche de mise à la terre peut bien inhiber les interférences de mode commun intrinsèques et réduire l'impédance de la source ponctuelle;

2° le plan d’alimentation et le plan de mise à la terre sont aussi proches l’un de l’autre que possible et le plan de mise à la terre est normalement au - dessus du plan d’alimentation;

(3) Il est préférable de disposer les circuits numériques et analogiques dans des couches différentes;

2.3 disposition du PCB

La clé de la conception EMC d'une carte de circuit imprimé est la disposition et le câblage, qui sont directement liés aux performances de la carte. L'automatisation actuelle de la mise en page des cartes par EDA est faible et nécessite un grand nombre de mises en page manuelles. Avant la mise en page, il est essentiel de déterminer la taille du PCB qui satisfait la fonction au coût le plus bas possible. Par conséquent, il est nécessaire de disposer en fonction des unités fonctionnelles du circuit, en tenant compte de facteurs tels que la compatibilité électromagnétique, la dissipation de chaleur et les interfaces. La disposition générale doit suivre les principes suivants:

(1) Aligner chaque unité de circuit fonctionnel en fonction du flux du signal de circuit de sorte que le flux du signal soit cohérent;

(2) centré sur le composant de base de chaque unité de circuit fonctionnel autour duquel les autres composants sont disposés;

(3) Raccourcir autant que possible le câblage entre les éléments haute fréquence et minimiser leurs paramètres de distribution;

2.4 câblage PCB

(1) Principe de câblage

Lors du câblage, toutes les lignes de signal sont classées. Les lignes d'horloge et de signaux sensibles sont d'abord disposées, puis les lignes de signaux à grande vitesse. Après s'être assuré que les perçages pour un tel signal sont suffisamment petits et que les paramètres de répartition sont bons, on réalise alors le câblage des lignes de signal généralement sans importance. Les principes à suivre sont:

1) Les fils à l'entrée et à la sortie doivent éviter autant que possible d'être parallèles aux longues distances adjacentes; Pour réduire la diaphonie des longs fils parallèles, on peut augmenter l'espacement des lignes ou insérer des lignes de masse entre les fils;

2) la largeur de la carte ne doit pas changer brusquement, et le fil ne doit pas changer brusquement d'angle. Gardez l'impédance du circuit aussi continue que possible. Les angles de la ligne de transmission imprimée suivent généralement un arc de cercle ou forment un angle de 135°;

3) Accorder une attention particulière à la distribution des lignes d'alimentation et de masse des circuits haute fréquence;

4) réduire la surface de la boucle de fil pendant la circulation du courant, car le rayonnement externe de la boucle de courant porteur est directement proportionnel au courant traversant, à la surface de la boucle et à la fréquence du signal;

(2) conception de câblage EMC pour les circuits imprimés

La conception du câblage EMC du circuit imprimé est réalisée selon un diagramme de répartition du champ électrique perturbateur, dont l'idée de base est de placer le circuit sensible dans une zone où les perturbations sont faibles. L'estimation en temps réel de la taille de la capacité répartie entre les circuits imprimés et la modification et l'amélioration du PCB en temps opportun lors de la conception, selon le concept déjà proposé de "coefficient de couplage", permettent alors de réduire efficacement les interférences de conduction du PCB.

2.5 Circuit Anti - interférence PCB

Pour les systèmes de commande numérique de grandes Alimentations à découpage, chaque dispositif logique a un niveau de vanne et une tolérance au bruit correspondants. Le système peut fonctionner correctement tant que le bruit extérieur ne dépasse pas la tolérance du dispositif logique. Cependant, dès qu'un bruit ou une perturbation envahissant le système dépasse une certaine tolérance, le signal perturbateur est amplifié et mis en forme par le dispositif logique, ce qui devient une cause importante de défaillance. Les plus sensibles des systèmes monopuce sont les signaux d'horloge, les signaux de Réinitialisation et les signaux d'interruption. Une attention particulière doit être accordée à ces trois lignes de signal lors de la disposition des PCB. Tout en remplissant la fonction, l'oscillateur à cristal avec la fréquence la plus basse doit être choisi.