PCB 뉴스 - 전원 PCB 보드 전자기 호환성 연구

전력 반도체 부품의 성능이 향상되고 스위치 전환 기술이 혁신됨에 따라 전력 전자 기술은 이미 각종 전원 설비에 광범위하게 응용되었다.현재 전원을 끄는 제품은 소형, 고속 PCB, 고밀도 경향이 있다.이런 추세는 이미 전자기 호환성 문제를 갈수록 심각하게 만들었다.전압과 전류의 고주파 전환 과정은 대량의 EMI(전자 간섭)를 발생시킨다.이 부분의 간섭을 제한하지 않으면 주변 전기 설비의 정상적인 운행에 심각한 영향을 줄 것이다.따라서 스위치 전원의 PCB 설계는 스위치 전원의 전자기 호환성 문제를 해결하는 중요한 측면입니다.PCB가 전원 스위치 설계에서 불가결하거나 부족한 중요한 부품으로 간주되는 이유는 전원 스위치 전기와 기계 부품의 이중 연결을 담당하기 때문에 전자 장비의 EMI 설계를 낮추는 열쇠입니다.

1 PCB 설계의 전자기 간섭

1.1 전자기 결합 간섭

회로 설계에서 전자기 결합 간섭은 주로 전도 결합과 공통 모드 임피던스 결합을 통해 다른 회로에 영향을 준다.EMC 설계의 관점에서 볼 때, 스위치 전원 회로는 일반 디지털 회로와 달리 상대적으로 뚜렷한 간섭원과 민감한 회로를 가지고 있다.일반적으로 스위치 전원의 간섭원은 주로 전력 FET, 빠른 복구 다이오드, 고주파 변압기 및 연결된 컨덕터와 같은 전압과 전류 변화율이 큰 컴포넌트와 컨덕터에 집중됩니다.민감한 회선은 주로 회로를 제어하고 간섭 측정 장치에 직접 연결된 회선을 가리키는데, 이러한 간섭 결합은 회로의 정상적인 작동과 외부로 전송되는 간섭 수준에 직접적인 영향을 줄 수 있기 때문이다.공통 임피던스 결합은 두 회로의 전류가 하나의 공용 임피던스를 통과할 때 한 회로의 전압이 공용 임피던스에서 형성되는 전압이 다른 회로에 영향을 미치는 것을 말한다.

1.2 직렬 간섭

인쇄회로기판의 막대, 선 및 케이블 간의 간섭은 인쇄회로기판 회로에서 가장 극복하기 어려운 문제 중 하나입니다.여기서 말하는 교란은 더욱 광범위한 의미에서의 교란으로서 소스가 유용한 신호든 소음이든 교란은 모두 도선의 상호용량과 상호감각으로 표시한다.예를 들어, PCB의 밴드선은 제어 및 논리적 레벨을 가지고 있으며, 두 번째 밴드선과 가까운 밴드선은 저레벨 신호를 가지고 있습니다.병렬 경로설정 길이가 10cm를 초과하면 직렬 간섭이 발생할 것으로 예상됩니다.긴 케이블이 여러 개의 직렬 또는 병렬 고속 데이터와 원격 제어 회선을 탑재할 때 직렬 간섭도 주요 문제가 된다.인접한 전선 케이블 사이의 교란은 상호 용량을 통과하는 전장과 상호 감각을 통과하는 자장으로 인해 일어난다.

PCB 밴드의 간섭 문제를 고려할 때, 주요 문제는 전장 (상호 커패시터) 과 자기장 (상호 감지) 결합 중 어느 것이 더 중요한지 확인하는 것이다.결합 모델의 확정은 주로 선로 저항, 주파수 등 요소에 달려 있다.일반적으로 커패시터 결합은 고주파에서 지배적이지만 소스나 수신기 중 하나 또는 두 개가 차폐 케이블을 사용하고 차폐 양쪽 끝을 접지할 경우 자기장 결합이 지배적입니다.또한 저회로 임피던스는 저주파일 때 일반적으로 낮으며 전감 결합이 주요 요인입니다.

1.3 전자기 복사 간섭

방사선 간섭은 공간에서 전자파의 방사선 때문에 도입된 간섭이다.PCB 전자기 복사는 차형 복사와 공통형 복사 두 종류로 나뉜다.대부분의 경우, 스위치 전원에서 발생하는 전도 간섭은 공통 모드 간섭을 위주로 하며, 공통 모드 간섭의 복사 효능은 차형 간섭보다 훨씬 크다.따라서 전원을 끄는 EMC 설계에서는 공통 모드 간섭을 줄이는 것이 무엇보다 중요합니다.（^$RFSW#$%T

PCB 간섭 억제 단계 2개

2.1 PCB 설계 정보

PCB를 설계할 때는 다음을 포함하여 보드 설계 정보를 알아야 합니다.

(1) 설비 수량, 설비 사이즈와 설비 포장;

(2) 전체 배치, 부품 배치 위치, 고출력 부품의 존재 여부에 대한 요구 및 칩 부품의 열 방출에 대한 특수 요구;

(3) 디지털 칩의 속도, PCB가 저속, 중속, 고속 영역으로 나뉘는지, 그리고 인터페이스 입력과 출력 영역이 무엇인지;

(4) 신호선의 유형, 속도와 전송 방향, 신호선의 임피던스 제어 요구, 버스 속도의 방향과 구동 상황, 핵심 신호와 보호 조치;

(5) 전원 유형, 접지 유형, 전원 및 접지의 노이즈 허용 요구 사항, 전원 및 지면의 설정 및 구분;

(6) 클럭 라인의 유형과 속도, 클럭 라인의 소스와 목적지, 클럭 지연 요구 사항 및 최대 경로설정 요구 사항.

2.2 PCB 계층화

먼저, 이 기능을 구현하는 데 필요한 케이블 레이어 및 전원 레이어의 개수를 비용 범위 내에서 수용할 수 있습니다.회로 기판의 계층 수는 상세한 기능 요구사항, 내섭도, 신호 범주의 분리, 부품 밀도와 버스 배선 등의 요소에 의해 결정된다.현재 회로기판은 이미 단층, 이중층, 4층판에서 점차 다층회로기판으로 발전하였다.다층 인쇄 회로 기판의 설계는 전자기 호환 표준을 실현하는 주요 조치이다.요구 사항:

(1) 단독의 전원층과 접지층의 분포는 고유의 공모간섭을 잘 억제하고 점원저항을 낮출수 있다.

(2) 전원 평면과 접지 평면은 가능한 한 서로 가깝고 접지 평면은 일반적으로 전원 평면 위에 있습니다.

(3) 디지털 회로와 아날로그 회로를 서로 다른 층에 배치하는 것이 좋다;

(4) 경로설정층의 선택지는 전체 금속평면과 린접한다.

(5) 시계 회로와 고주파 회로는 간섭의 주요 원천이므로 각각 처리해야 한다.

2.3 PCB 레이아웃

인쇄 회로 기판 EMC 설계의 핵심은 회로 기판의 성능과 직결되는 레이아웃과 케이블 연결입니다.현재 EDA는 회로 기판 레이아웃을 자동화하는 정도가 매우 낮기 때문에 많은 수의 수동 레이아웃이 필요하다.레이아웃하기 전에 가능한 한 낮은 비용으로 기능을 충족하는 PCB 크기를 결정해야 합니다.PCB 크기가 너무 크고 레이아웃 중에 부품이 분산되어 있으면 전송선이 길어질 수 있으며, 이는 임피던스를 증가시키고 노이즈 저항력을 낮추며 비용을 증가시킬 수 있습니다.만약 부품이 집중적인 방식으로 배치된다면 열을 잘 방출하지 못하고 린접해있는 흔적선에 쉽게 결합직렬교란이 발생할수 있다.따라서 회로 기능 단위에 따라 배치해야 하며 전자기 호환성, 발열, 인터페이스 등을 고려해야 한다.전체 레이아웃은 다음 지침을 따라야 합니다.

(1) 회로 신호의 흐름에 따라 각 기능 회로 단위를 배열하여 신호의 흐름이 일치하도록 한다;

(2) 각 기능 회로 유닛의 핵심 부품을 중심으로 다른 부품이 그 주위를 배치한다;

(3) 고주파 컴포넌트 간의 연결을 가능한 한 줄이고 분포 매개변수를 최소화합니다.

(4) 간섭을 받기 쉬운 부품 사이에 너무 가까워서는 안 되며, 입력과 출력 부품은 멀리해야 한다.

(5) 전원 코드, 고주파 신호 및 일반 케이블 간의 상호 결합을 방지합니다.

2.4 PCB 케이블 연결

(1) 연결 원리

경로설정 시 모든 신호선을 분류합니다.먼저 시계와 민감한 신호선을 배치한 다음 고속 신호선을 배치한다.이 신호에 사용되는 오버홀이 충분히 작고 분포 매개변수가 양호한지 확인한 후 일반적으로 중요하지 않은 신호선을 경로설정합니다.지켜야 할 원칙은 다음과 같습니다.

1) 입력단과 출력단의 도선은 인접한 장거리와 평행하지 않도록 하여야 한다.긴 평행 도선의 교란을 줄이기 위해 선 간격을 늘리거나 도선 사이에 지선을 삽입할 수 있다.

2) 회로 기판의 너비가 갑자기 변경되어서는 안 되며, 전선이 갑자기 변각되어서는 안 된다.회로의 임피던스를 가능한 한 연속적으로 유지합니다.인쇄 전송선의 각도는 일반적으로 호를 따르거나 135 ° 의 각도를 형성합니다.

3) 고주파 회로의 전원 코드와 지선의 분포에 특히 주의한다;

4) 전류 흐름 과정에서 도선 회로 면적을 감소시킨다. 왜냐하면 반송 회로의 외부 복사는 통과 전류, 회로 면적과 신호 주파수와 정비례하기 때문이다.

5) 회로기판 플러그에 서로 분산된 지선 입력 핀을 더 많이 배치하여 회로기판 핀 배선의 루프 면적과 지선 임피던스를 줄이는 데 도움이 된다;

6) 컨덕터의 길이를 줄이고 너비를 늘리면 컨덕터의 임피던스를 줄이는 데 도움이 됩니다.

(2) 인쇄회로의 EMC 케이블 연결 설계

간섭 전장 분포도에 따라 인쇄 회로를 EMC 배선 설계하는데, 그 기본 사상은 간섭이 비교적 약한 지역에 민감한 회로를 배치하는 것이다.그런 다음 이미 제안된"결합 계수"개념에 따라 인쇄 회로 사이에 분포 된 용량의 크기를 실시간으로 추정하고 설계 과정에서 PCB를 적시에 수정하고 개선하면 PCB의 전도 간섭을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

적합한 레이아웃 시나리오를 선택하려면 먼저 간섭 소스의 간섭 강도 분포도를 계산합니다.대부분의 스위치 전원 공급 장치의 스위치 주파수는 수십 kHz에서 몇 MHz 사이이므로 PCB 표면의 간섭 전장은 준정태장 분석에 사용될 수 있습니다.이런 가설하에서 장량은 독립적인 공간량과 시간량의 곱셈으로 쓸수 있다.따라서 변위 전류 J (x, y, z, t) 는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

라프라스 방정식(2)을 풀면 공간에 있는 각 점의 전세의 공간 분량을 구할 수 있고 계산된 개전 상수를 곱하여 변위 전류 밀도에 해당하는 공간 분량을 얻을 수 있다.시각적 계산을 통해 스위치 전원 PCB 보드의 전자기 호환성에 대해 상응하는 연구를 진행하였다

2.5 PCB 내간섭 회로

대형 스위치 전원 공급 장치의 디지털 제어 시스템의 경우 각 논리 장치에는 적절한 밸브 레벨과 노이즈 허용 한도가 있습니다.외부 소음이 논리 장치의 용량을 초과하지 않는 한 시스템은 정상적으로 작동할 수 있다.그러나 시스템에 침입하는 소음이나 간섭이 일정한 용량을 초과하면 간섭 신호가 논리 부품에 의해 확대되고 성형되어 고장의 중요한 원인이 된다.단편기 시스템에서 가장 민감한 것은 시계 신호, 재설정 신호, 중단 신호이다.PCB를 배치할 때 이 세 가지 신호선에 특히 주의해야 한다.기능을 만족시키면서 주파수가 가장 낮은 결정 발진기를 선택해야 한다.

문지기 회로는 방해 방지 조치의 하나이다.강한 전자기 간섭, 전력망 첨단 간섭으로 인해 단편기 시스템이 다운될 때, 문지기 회로는 자동으로 감지하고 프로그램을 복구할 수 있다.

RAM의 데이터는 시스템 간섭이 심해 작동 상태가 중단되면 손상되는 경우가 많습니다.따라서 전원 시스템을 신중하게 설계하는 것 외에도 신뢰할 수 있는 RAM 보호 회로를 설계해야 합니다.

회로의 데이터 버스, 주소 버스 및 제어 버스는 정보 교환에 사용됩니다.버스의 부하를 늘리면 버스 전송 시간이 길어지면 신호 파형이 개선됩니다.이 경우 삼태 버퍼 회로를 버스 드라이브로 구성해야 합니다.또한 버스의 로드 밸런싱을 보장해야 합니다.

버스에 저항을 설치하면 버스 신호 전송의 신뢰성을 높일 수 있고 신호의 전평을 높일 수 있을 뿐만 아니라 버스의 전자기 간섭에 저항하는 능력을 향상시키고 정전기 간섭을 억제하며 반사파 간섭을 약화시킬 수 있다.칩에 상단 저항기가 내장되어 있을 때 외부 회로에 상단 저항기를 설치할 필요가 없다.회로의 칩 핀의 경우 사용되지 않는 입력 단자를 높은 레벨에 고정하면 외부 전자기 간섭에 대한 억제가 강화됩니다.