PCB 기술 - 전원 공급 장치 PCB 보드 스위치에 대한 EMC 연구

전력 반도체 부품의 성능이 향상되고 스위치 전환 기술이 혁신됨에 따라 전력 전자 기술은 이미 각종 전원 설비에 광범위하게 응용되었다.현재 전원을 끄는 제품은 소형화, 고속화, 고밀도화 추세이다.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 전압과 전류 변화율이 큰 부품과 도선에 집중되어 있다.

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.

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.

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;

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 다층으로 발전하였다.다층 인쇄판의 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;

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.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.

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.

(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.

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.