Notizie PCB - Schema di progettazione del layout PCB con bassa interferenza elettromagnetica nel modulo di potenza

Nella progettazione dell'alimentazione elettrica, anche la progettazione di convertitori di commutazione DC-DC ordinari avrà una serie di problemi, soprattutto nella progettazione di alimentatori ad alta potenza. Oltre alle considerazioni funzionali, gli ingegneri devono garantire la robustezza della progettazione PCB per soddisfare gli obiettivi di costo, le prestazioni termiche e i vincoli di spazio e, naturalmente, il progresso della progettazione. Inoltre, ai fini delle specifiche del prodotto e delle prestazioni del sistema, l'interferenza elettromagnetica (EMI) generata dall'alimentatore deve essere sufficientemente bassa. Tuttavia, il livello di interferenza elettromagnetica dell'alimentatore è l'elemento più difficile nella progettazione da prevedere con precisione. Alcune persone pensano anche che questo sia semplicemente impossibile, e la maggior parte dei designer può fare è considerare pienamente nel design, soprattutto nel layout.

Sebbene i principi discussi in questo articolo siano applicabili a una vasta gamma di progetti di alimentazione, ci concentriamo solo sui convertitori DC-DC. A causa della sua vasta gamma di applicazioni, quasi ogni ingegnere hardware sarà esposto a lavori correlati ad esso, forse quando deve essere progettato un convertitore di potenza. In questo articolo, prenderemo in considerazione due compromessi comuni relativi alla progettazione a bassa interferenza elettromagnetica; Prestazioni termiche, interferenze elettromagnetiche e dimensioni della soluzione relative al layout PCB e alle interferenze elettromagnetiche. In questo articolo, useremo un semplice convertitore step-down come esempio, come mostrato nella Figura 1.

Figura 1. Convertitore graduale comune

Per misurare l'interferenza elettromagnetica irradiata e condotta nel dominio di frequenza, questa è l'espansione della serie Fourier delle forme d'onda conosciute. In questo articolo, ci concentriamo sulle prestazioni delle interferenze elettromagnetiche irradiate. In un convertitore sincrono buck, le principali forme d'onda di commutazione che causano interferenze elettromagnetiche sono generate da Q1 e Q2, cioè la corrente di / dt di ogni FET dallo scarico alla sorgente durante il rispettivo periodo di conduzione. Figura Le forme d'onda correnti (Q e Q2on) mostrate in 2 non sono trapezi molto regolari, ma abbiamo una maggiore libertà di funzionamento, perché la transizione della corrente del conduttore è relativamente lenta, Abbiamo scoperto che per una forma d'onda simile, i suoi tempi di salita e caduta influenzeranno direttamente l'ampiezza armonica o il coefficiente di Fourier (In).

Figura 2. Forme d'onda del Q1 e del Q2

In=2IdSin(nπd)/nπd *Sin(nπtr/T)/nπtr/T (1)

Tra questi, n è l'ordine armonico, T è il periodo, I è l'intensità di corrente di picco della forma d'onda, d è il ciclo di lavoro, e tr è il valore minimo di tr o tf.

Nelle applicazioni pratiche, è molto probabile che si verifichino allo stesso tempo emissioni armoniche dispari e pari. Se si generano solo armoniche dispari, il ciclo di lavoro della forma d'onda deve essere accurato al 50%. In pratica, ci sono pochissime precisione del ciclo di lavoro.

L'ampiezza di interferenza elettromagnetica della serie armonica è influenzata dall'on-off di Q1 e Q2. Questo può essere chiaramente visto quando si misura il tempo di salita tr e di caduta tf della tensione VDS della sorgente di scarico, o il tasso di aumento di/dt della corrente che scorre attraverso Q1 e Q2. Ciò significa anche che possiamo ridurre il livello di interferenza elettromagnetica semplicemente rallentando la velocità di accensione di Q1 o Q2. Questo è il caso. L'estensione del tempo di commutazione ha un grande impatto sulle armoniche con frequenze superiori a f=1/πtr. Tuttavia, in questo momento, è necessario trovare un compromesso tra aumentare la dissipazione del calore e ridurre le perdite. Tuttavia, è ancora un buon modo per controllare questi parametri, aiuta a raggiungere un equilibrio tra interferenza elettromagnetica e prestazioni termiche. Nello specifico, può essere ottenuto aggiungendo una piccola resistenza di resistenza (solitamente inferiore a 5Ω). Questa resistenza può essere collegata in serie con i cancelli di Q1 e Q2 per controllare tr e tf. È anche possibile collegare un "diodo di spegnimento" in serie alla resistenza del cancello per controllare autonomamente il tempo di transizione tr o tf (vedere Figura 3). Questo è in realtà un processo iterativo, anche i progettisti di alimentazione più esperti utilizzano questo metodo. Il nostro obiettivo finale è ridurre l'interferenza elettromagnetica ad un livello accettabile rallentando la velocità di accensione e spegnimento del transistor, assicurando al contempo che la sua temperatura sia abbastanza bassa da garantire la stabilità.

Quanto sopra è un'introduzione allo schema di progettazione del layout PCB con bassa interferenza elettromagnetica nel modulo di alimentazione. Ipcb è fornito anche ai produttori di PCB e alla tecnologia di produzione di PCB