Progettazione PCB - Progettazione PCB e analisi della frequenza di commutazione EMI

Spiegazione dettagliata della progettazione PCB e della frequenza di commutazione EMI: Fino ad ora, gli ingegneri si sono concentrati su come rendere il modulo più piccolo e più leggero. Infatti, tutti sanno che la densità di potenza del prodotto può essere migliorata aumentando la frequenza di commutazione. Ma perché il volume del modulo non è cambiato molto finora? Cosa limita l'aumento della frequenza di commutazione?

I prodotti di alimentazione elettrica di commutazione sono guidati da applicazioni di mercato e richiedono sempre più caratteristiche piccole, leggere, ad alta efficienza, a bassa radiazione e a basso costo per soddisfare varie apparecchiature terminali elettroniche. Per soddisfare la portabilità delle apparecchiature terminali elettroniche attuali, l'alimentazione di commutazione deve essere piccola e piccola. A causa del suo peso leggero, migliorare la frequenza di funzionamento degli alimentatori di commutazione è diventato un problema di crescente preoccupazione per i progettisti. Tuttavia, quali sono i fattori che limitano l'aumento della frequenza di alimentazione di commutazione? Infatti, comprende principalmente tre aspetti, tubo di commutazione, trasformatore, EMI e progettazione PCB.

1. Interruttore tubo e frequenza di commutazione

Il tubo di commutazione è il dispositivo principale del modulo di alimentazione di commutazione e la sua velocità di commutazione e perdita di commutazione influenzano direttamente il limite della frequenza di commutazione. La seguente è un'analisi generale per tutti.

1. Velocità di commutazione

La perdita del tubo MOS è composta da perdita di commutazione e perdita di guida, come mostrato in Figura 1: Tempo di ritardo di accensione td (on), tempo di salita tr, tempo di ritardo di spegnimento td (off), tempo di caduta tf.

Per questo tubo MOS, la sua frequenza di commutazione limite è: fs=1/(td(on)+tr+td(off)+tf) Hz=1/(8ns+91ns+38ns+32ns) =5.9MHz, nella progettazione, perché il ciclo di lavoro dell'interruttore è controllato per raggiungere la regolazione della tensione, l'accensione e il taglio del tubo dell'interruttore non possono essere completati istantaneamente, cioè, la frequenza di commutazione limite effettiva dell'interruttore è molto inferiore a 5.9MHz, così la velocità di commutazione del tubo stesso limita l'aumento della frequenza di commutazione.

2. Perdita di commutazione

Quando il tubo di commutazione viene acceso e spento ogni volta, la tensione VDS del tubo di commutazione e l'ID corrente che scorre attraverso il tubo di commutazione si sovrappongono per il tempo (posizione ombreggiata gialla nella figura), con conseguente perdita P1, quindi la perdita totale PS nello stato di lavoro della frequenza di commutazione fs = P1 *fs, cioè quando la frequenza di commutazione aumenta, Più volte l'interruttore è acceso e spento, maggiore è la perdita.

2. Perdita del nucleo del trasformatore e frequenza di commutazione

La perdita di ferro del trasformatore è causata principalmente dalla perdita di corrente parassita del trasformatore.

Quando una corrente ad alta frequenza viene applicata alla bobina, un campo magnetico mutevole viene generato all'interno e all'esterno del conduttore perpendicolare alla direzione della corrente (1-2-3 e 4-5-6 nella figura). Secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, il campo magnetico mutevole genererà una forza elettromotrice indotta all'interno del conduttore. Questa forza elettromotrice genera correnti parassite (a-b-c-a e d-e-f-d) per tutta la lunghezza del conduttore (faccia L e faccia N)., La corrente principale e la corrente vorticosa si rafforzano sulla superficie del conduttore e la corrente tende alla superficie. Quindi, l'area effettiva della sezione trasversale AC del filo è ridotta, con conseguente aumento della resistenza AC del conduttore (coefficiente di perdita di corrente parassita) e perdita aumentata. La perdita di ferro del trasformatore è proporzionale alla potenza kf della frequenza di commutazione ed è anche correlata alla limitazione della temperatura magnetica. Pertanto, man mano che la frequenza di commutazione aumenta, la corrente ad alta frequenza che scorre nella bobina produce un serio effetto ad alta frequenza, che riduce la conversione del trasformatore. Efficienza, che porta ad un aumento della temperatura del trasformatore, limitando così l'aumento della frequenza di commutazione.

3. EMI e PCB progettazione e frequenza di commutazione

Supponendo che le perdite di cui sopra siano risolte, una serie di problemi ingegneristici devono essere risolti per raggiungere l'alta frequenza, perché ad alta frequenza, l'induttanza non è più l'induttanza che conosciamo e la capacità non è la capacità che conosciamo. Saranno generati gli effetti parassitari corrispondenti, che influenzeranno seriamente le prestazioni dell'alimentazione elettrica, come la capacità parassitaria sui lati primari e secondari del trasformatore, l'induttanza di perdita del trasformatore, l'induttanza parassitaria e la capacità parassitaria tra il cablaggio PCB, che causerà una serie di oscillazioni della forma d'onda di tensione e corrente e problemi EMI. Lo stress di tensione del tubo dell'interruttore è anche una prova.

Quattro, sintesi

Per aumentare la densità di potenza dei prodotti di alimentazione elettrica di commutazione, le fabbriche di PCB devono prima considerare di aumentare la loro frequenza di commutazione, che può ridurre efficacemente il volume di trasformatori, induttori di filtri e condensatori, ma devono affrontare perdite causate dalla frequenza di commutazione, che portano all'aumento della temperatura e alla progettazione di dissipazione del calore. Difficile, l'aumento della frequenza causerà anche una serie di problemi ingegneristici come l'azionamento e l'EMI.