전자 설계 - PCB 설계 및 EMI 스위치 주파수 분석

PCB 설계 및 EMI 스위치 주파수에 대한 자세한 설명: 지금까지 엔지니어들은 모듈을 작고 가볍게 만드는 방법에 집중해 왔습니다.사실 스위치 주파수를 늘리면 제품의 전력 밀도를 높일 수 있다는 것을 누구나 알고 있다.그런데 왜 지금까지 모듈의 부피는 큰 변화가 없습니까?무엇이 스위치 주파수의 증가를 제한했습니까?

스위치 전원 제품은 시장 응용에 의해 구동되며, 점점 더 소형, 경량, 고효율, 저방사능, 저비용의 특성으로 각종 전자 단말기의 수요를 만족시켜야 한다.현재 전자 단말기의 휴대성을 만족시키기 위해서는 스위치 전원을 소형화해야 한다.무게가 가볍기 때문에 전원 스위치의 작동 빈도를 높이는 것은 설계자들의 점점 더 큰 관심사가 되었다.그러나 스위치 전원 주파수 증가를 제한하는 요인은 무엇입니까?실제로 스위치 튜브, 변압기, EMI 및 PCB 설계의 세 가지 측면을 포함합니다.

1. 스위치관 및 스위치 주파수

스위치 튜브는 스위치 전원 모듈의 핵심 부품으로, 스위치 속도와 스위치 손실은 스위치 주파수의 한계에 직접적인 영향을 미친다.다음은 각 개인에 대한 일반적인 분석입니다.

1. 전환 속도

MOS 튜브의 손실은 스위치 손실과 구동 손실로 구성되어 있다. 그림 1과 같이 도통 지연 시간 td (on), 상승 시간 tr, 종료 지연 시간 td (off), 하강 시간 tf.

이 MOS 튜브의 한계 스위치 주파수는 fs=1/(td(on)+tr+td(off)+tf)Hz=1/(8ns+91ns+38ns+32ns)=5.9MHz이다. 실제 설계에서 스위치의 공백을 제어하여 전압 조절을 실현하기 때문에 스위치 튜브의 유도와 마감은 순간적으로 이루어지지 않는다. 즉 스위치의 실제 한계 스위치 주파수는 5.9MHz보다 훨씬 낮다.따라서 스위치관 자체의 스위치 속도가 스위치 주파수의 증가를 제한한다.

2. 스위치 손실

스위치 튜브가 연결되고 끊길 때마다 스위치 튜브의 VDS 전압과 스위치 튜브를 흐르는 전류 ID가 일정 시간 중첩되어 P1이 손실되고 스위치 주파수 fs = P1 * fs의 작동 상태, 즉 스위치 주파수가 증가하면 총 PS가 손실됩니다.스위치를 켜고 끄는 횟수가 많을수록 손실이 커진다.

2. 변압기 철심 손실과 스위치 주파수

변압기의 철 손실은 주로 변압기의 와류 손실로 인한 것이다.

코일에 고주파 전류를 가하면 전도체 안팎에서 전류 방향에 수직인 변화 자기장이 생성됩니다 (그림에서 1-2-3 및 4-5-6).전자기 감응 법칙에 따르면 끊임없이 변화하는 자기장은 도체 내부에서 감응 전동세를 일으킨다.이 전동세는 도체의 전체 길이(L면과 N면)에서 와전류(a-b-c-a와 d-e-f-d)를 발생시킨다.,주전류와 와전류는 도체 표면에서 강해지고 전류는 표면으로 기울어진다.그런 다음 도선의 유효한 교류 단면적이 줄어들어 도체의 교류 저항 (와류 손실 계수) 이 증가하고 손실이 증가합니다.변압기의 철 손실은 스위치 주파수의 kf 출력과 정비례하며 자기 온도의 제한과도 관련이 있다.따라서 스위치 주파수가 증가함에 따라 코일에 흐르는 고주파 전류는 심각한 고주파 효과를 발생시켜 변압기의 전환을 낮출 수 있다.효율은 변압기의 온도를 높여 스위치 주파수의 증가를 제한한다.

3.EMI 및 PCB 설계 및 스위치 주파수

상술한 전력부품의 손실을 해결했다고 가정하면 일련의 공정문제를 해결하여 고주파를 실현해야 한다. 왜냐하면 고주파하에서 전기감각은 더는 우리가 익숙히 알고있는 전기감각이 아니며 전기용량도 우리가 알고있는 전기용량이 아니기때문이다.모든 기생 파라미터는 상응하는 기생 효과를 발생시켜 전원의 성능에 심각한 영향을 미친다. 예를 들어 변압기 1차 측면과 2차 측면의 기생 용량, 변압기 누전 감각, PCB 배선 사이의 기생 감각과 기생 용량,이로 인해 일련의 전압 및 전류 파형 진동과 EMI 문제가 발생할 수 있습니다.스위치관의 전압 응력도 일종의 테스트이다.

4. 총화

스위치 전원 제품의 전력 밀도를 높이려면 PCB 공장은 먼저 스위치 주파수를 높이는 것을 고려해야 한다. 이는 변압기, 필터 센서 및 콘덴서의 부피를 효과적으로 줄일 수 있지만 스위치 주파수로 인한 손실에 직면하여 온도 상승과 발열 설계를 초래한다.어려운 점은 빈도가 증가하면 드라이브와 EMI와 같은 일련의 엔지니어링 문제가 발생할 수 있다는 것입니다.