Teknik PCB - Penyelidikan tentang EMC dari papan bekalan tenaga tukar PCB

Dengan peningkatan prestasi peranti setengah konduktor kuasa dan inovasi teknologi penukaran kuasa, teknologi elektronik kuasa telah digunakan secara luas dalam pelbagai peralatan bekalan kuasa. Pada masa ini, produk penukaran bekalan kuasa biasanya kecil, kelajuan tinggi dan densiti tinggi. Tenderasi ini telah menyebabkan masalah kesesuaian elektromagnetik menjadi semakin serius. Proses penukaran frekuensi tinggi bagi tekanan dan arus menghasilkan sejumlah besar EMI (gangguan elektromagnetik). Jika bahagian ini gangguan tidak terbatas, ia akan mempengaruhi operasi normal peralatan elektrik sekitar. Oleh itu, rancangan PCB bagi bekalan kuasa tukar adalah aspek penting untuk menyelesaikan masalah kompatibilitas elektromagnetik bekalan kuasa tukar. Alasan mengapa PCB dianggap sebagai komponen yang tidak penting dan penting dalam rancangan penyukaran bekalan kuasa adalah bahawa ia bertanggungjawab untuk sambungan dua komponen elektrik dan mekanik bekalan kuasa penyukaran dan adalah kunci untuk mengurangi rancangan EMI peralatan elektronik.

1 gangguan elektromagnetik dalam rancangan PCB

1.1 Penggangguan sambungan elektromagnetik

Dalam rancangan sirkuit, gangguan sambungan elektromagnetik terutamanya mempengaruhi sirkuit lain melalui sambungan kondukti dan sambungan impedance mod umum. Dari perspektif rancangan EMC, tukar sirkuit bekalan kuasa berbeza dari sirkuit digital biasa, dan mempunyai sumber gangguan yang relatif jelas dan garis sensitif. Secara umum, sumber gangguan untuk menukar bekalan kuasa terutama berkonsentrasi pada komponen dan wayar dengan tenaga besar dan kadar perubahan semasa.

1.2 Pergangguan Crosstalk

Pergangguan salib antara garis, wayar, dan kabel dalam papan sirkuit cetak (PCB) adalah salah satu masalah yang paling sukar untuk diselesaikan dalam sirkuit papan sirkuit cetak. Percakapan salib yang disebut di sini adalah percakapan salib dalam sens yang lebih luas, tidak kira sumber adalah isyarat atau bunyi yang berguna, percakapan salib diekspresikan oleh kapasitas bersama-sama dan induksi bersama-sama wayar. Contohnya, garis garis pada PCB membawa aras kawalan dan logik, dan garis garis kedua dekatnya membawa isyarat aras rendah. Apabila panjang kabel selari melebihi 10 cm, gangguan salib dijangka; Apabila kabel panjang membawa beberapa set data kelajuan tinggi berantai atau paralel dan garis kawalan jauh, gangguan salib juga menjadi masalah besar. Percakapan salib antara wayar dan kabel bersebelahan disebabkan oleh medan listrik melalui kapasitas bersama-sama dan medan magnetik melalui induktan bersama-sama.

1.3 Penggangguan radiasi elektromagnetik

Pergangguan radiasi adalah gangguan yang diperkenalkan disebabkan radiasi gelombang elektromagnetik di luar angkasa. Radiasi elektromagnetik PCB dibahagi kepada dua jenis: radiasi mod berbeza dan radiasi mod biasa. Dalam kebanyakan kes, gangguan dilakukan yang dihasilkan dengan menukar bekalan kuasa didominasi oleh gangguan mod biasa, dan kesan radiasi gangguan mod biasa jauh lebih besar daripada gangguan mod berbeza. Oleh itu, mengurangi gangguan mod umum adalah sangat penting dalam rancangan EMC untuk menukar bekalan kuasa.

2 langkah penghalang gangguan PCB

2.1 Maklumat reka PCB

Apabila merancang PCB, anda perlu memahami maklumat merancang papan sirkuit, yang termasuk berikut:

(1) Bilangan peranti, saiz peranti, dan pakej peranti;

(2) Keperluan untuk bentangan keseluruhan, lokasi bentangan peranti, kehadiran atau ketiadaan peranti kuasa tinggi, dan keperluan khas untuk penyisipan panas peranti cip;

(3) Kelajuan cip digital, sama ada PCB dibahagi ke kawasan kelajuan rendah, kelajuan-tengah dan kelajuan-tinggi, dan mana kawasan antaramuka input dan output;

(4) Jenis dan kelajuan garis isyarat dan arah pemindahan, keperluan kawalan pengendalian garis isyarat, arah kelajuan bas dan situasi pemandu, isyarat kunci dan tindakan perlindungan;

2.2 lapisan PCB

Pertama, menentukan bilangan lapisan kabel dan lapisan bekalan kuasa yang diperlukan untuk melaksanakan fungsi dalam julat kos yang diterima. Bilangan lapisan papan sirkuit ditentukan oleh faktor seperti keperluan fungsi terperinci, kekebalan, pemisahan kategori isyarat, ketepatan peranti, dan kabel bas. Pada masa ini, papan sirkuit telah secara perlahan-lahan berkembang dari papan satu lapisan, dua lapisan, dan papan empat lapisan ke lapisan lebih. Rancangan papan dicetak berbilang lapisan adalah ukuran utama untuk mencapai standar kompatibilitas elektromagnetik. Keperluan adalah:

(1) Pendarahan lapisan kuasa dan lapisan tanah yang terpisah boleh menekan gangguan mod umum yang ada dan mengurangkan pengendalian sumber titik;

(2) Pesawat kuasa dan pesawat tanah adalah sebanyak mungkin satu sama lain, dan pesawat tanah adalah secara umum di atas pesawat kuasa;

(3) Lebih baik meletakkan sirkuit digital dan sirkuit analog dalam lapisan yang berbeza;

2.3 Bentangan PCB

Kunci untuk desain EMC papan sirkuit cetak adalah bentangan dan kawat, yang secara langsung berkaitan dengan prestasi papan sirkuit. Automatisasi EDA semasa bagi bentangan papan sirkuit sangat rendah, memerlukan banyak bentangan manual. Sebelum bentangan, saiz PCB yang memenuhi fungsi pada kos terrendah yang mungkin mesti ditentukan. Oleh itu, bentangan mesti dilakukan mengikut unit fungsi sirkuit, dan faktor seperti kompatibilitas elektromagnetik, penyebaran panas dan antaramuka mesti dipertimbangkan pada masa yang sama. Beberapa prinsip patut diikuti dalam bentangan keseluruhan:

(1) Arahkan setiap unit sirkuit fungsional mengikut aliran isyarat sirkuit untuk menjaga aliran isyarat dalam arah yang sama;

(2) Ambil komponen utama setiap unit sirkuit fungsional sebagai pusat, dan komponen lain disekitarnya;

(3) Kurangkan kawat antara komponen frekuensi tinggi sebanyak yang mungkin dan cuba mengurangi parameter distribusi mereka;

2.4 Kawalan PCB

(1) Prinsip kabel

Apabila kabel, klasifikasikan semua garis isyarat. Letakkan jam dan garis isyarat sensitif dahulu, kemudian lalui garis isyarat kelajuan tinggi. Selepas memastikan bahawa vial untuk isyarat seperti ini cukup kecil dan parameter distribusi adalah baik, kemudian lalui garis isyarat umum tidak penting. Prinsip yang patut diikuti adalah:

1) Kabel penghujung input dan output patut dihindari sejauh mungkin dari jarak panjang selari; untuk mengurangkan persimpangan wayar selari panjang, jarak garis boleh meningkat, atau wayar tanah boleh disisipkan diantara wayar;

2) Lebar papan sirkuit tidak patut berubah secara tiba-tiba, dan wayar tidak patut ditutup secara tiba-tiba. Jaga kekuatan sirkuit secara terus-menerus. Sudut garis penghantaran dicetak biasanya mengikut lengkung bulatan atau bentuk sudut 135°;

3) Memberi perhatian istimewa kepada pengedaran kuasa dan wayar tanah sirkuit frekuensi tinggi;

4) Kurangkan kawasan loop wayar dalam proses aliran semasa, kerana radiasi luaran loop yang membawa semasa adalah proporsional dengan aliran semasa, kawasan loop dan frekuensi isyarat;

(2) Design kawat EMC bagi sirkuit cetak

Menurut diagram distribusi medan elektrik mengganggu untuk melanjutkan rancangan kabel sirkuit cetak EMC, idea asasnya adalah untuk meletakkan sirkuit sensitif di kawasan dengan gangguan lemah. Kemudian, menurut konsep "koeficient sambungan" yang telah diusulkan, saiz kapasitas yang disebarkan diantara sirkuit cetak diharapkan dalam masa sebenar, dan PCB boleh diubahsuai dan diperbaiki dalam masa semasa rancangan, yang boleh mengurangkan gangguan kondukti PCB.

2.5 litar anti-jamming PCB

Untuk sistem kawalan digital bagi bekalan kuasa tukar besar, setiap peranti logik mempunyai aras valv yang sepadan dan toleransi bunyi. Selagi bunyi luaran tidak melebihi had toleransi peranti logik, sistem boleh berfungsi secara biasa. Namun, apabila bunyi atau gangguan yang menyerang sistem melebihi toleransi tertentu, isyarat gangguan akan ditambah dan bentuk oleh peranti logik, yang menjadi penyebab penting kegagalan fungsi. Sistem mikrokomputer cip tunggal yang paling sensitif ialah isyarat jam, reset isyarat dan ganggu isyarat. Tiga garis isyarat ini patut diberikan perhatian khusus bila meletakkan PCB. Sementara memenuhi fungsi, oscilator kristal dengan frekuensi rendah patut dipilih.