Дизайн PCB - PCB проектирование и частотный анализ коммутатора EMI

Detailed explanation of PCB design and EMI switching frequency: Up to now, engineers have focused on how to make the module smaller and lighter. На самом деле, everyone knows that the power density of the product can be improved by increasing the switching frequency. Но почему объём модуля пока не сильно изменился? What limits the increase in switching frequency?

продукты питания переключателей определяются рыночными прикладными программами, и для удовлетворения потребностей в различных электронных терминалах все более необходимы такие характеристики, как малый, легкий, эффективный, низкий уровень радиации и низкая стоимость. для того чтобы удовлетворить потребности текущего терминала, переключатели должны быть все меньше и меньше. из - за его легкого веса повышение частоты работы переключателей стало проблемой для разработчиков. Однако каковы факторы, ограничивающие увеличение частоты выключателя? На самом деле, она состоит из трех основных элементов: трубы переключения, трансформаторы, EMI и PCB.

частота переключателей и переключателей

лампа переключателя является центральным элементом модуля питания выключателя, and its switching speed and switching loss directly affect the limit of the switching frequency. Ниже приводится общий анализ всех.

скорость переключения

потери мос - труб состоят из потерь переключателя и привода, как показано на рис. 1: время задержки открытия td (on), время подъема tr, время задержки закрытия td (off), время снижения tf.

для этой МОП предельными частотами выключения являются: fs = 1 / (td (on) + tr + td (off) + tf) Hz = 1 / (8ns + 91ns + 38ns + 32ns) = 5,9 МГц, при фактическом проектировании открытие и закрытие которой не может быть завершено мгновенно, т.е. поэтому скорость переключения самой трубы ограничивает увеличение частоты выключения.

износ выключателя

When the switching tube is turned on and off every time, the VDS voltage of the switching tube and the current ID flowing through the switching tube overlap for the time (yellow shaded position in the figure), ущерб P1, then the total loss PS in the working state of the switching frequency fs =P1 *fs, То есть, when the switching frequency increases, Чем больше раз включаете и выключаете, the greater the loss.

потеря и частота выключения железа трансформатора

потери железа трансформатора в основном вызваны турбулентными потерями трансформатора.

При наложении на катушку тока высокой частоты магнитное поле изменяется внутри и снаружи проводника, вертикально в направлении тока (рис. 1 - 2 - 3 и 4 - 5 - 6). Согласно закону электромагнитной индукции, изменение магнитного поля вызовет индукционную электродвижую силу внутри проводника. электродвижущая сила вырабатывает вихревые токи (А - в - С - А и Д - е - f - d) по всей длине проводника (поверхность л и поверхность н). главный ток и вихрь усиливаются на поверхности проводника, ток склоняется к поверхности проводника. затем уменьшается площадь активного сечения провода переменного тока, что приводит к увеличению переменного сопротивления проводника (коэффициент потери вихря), увеличению потерь. железные потери трансформатора прямо пропорциональны мощности kf на частоте выключения, а также ограничениям магнитной температуры. Поэтому, по мере увеличения частоты выключателя, высокочастотный ток, протекающий через катушку, будет вызывать серьезные высокочастотные эффекты, снижая тем самым трансформацию трансформатора. эффективность приводит к повышению температуры трансформатора, что ограничивает увеличение частоты выключения.

проектирование EMI и PCB и частота переключения

Assuming that the above-mentioned power device losses are solved, для достижения высокой частоты необходимо решить ряд технических проблем, because at high frequency, чувство уже не знакомое нам, and the capacitance is not the capacitance we know. создать все паразитные параметры, соответствующие паразитному эффекту, which will seriously affect the performance of the power supply, например, паразитная емкость трансформатора первой и второй сторон, transformer leakage inductance, parasitic inductance and parasitic capacitance between PCB wiring, which will cause a series of voltage and current waveform oscillations and EMI problems. напряжение на переключающей трубке также является испытанием.

Резюме

To increase the power density of switching power supply products, PCB factories must first consider increasing their switching frequency, which can effectively reduce the volume of transformers, фильтрующая индуктивность, and capacitors, Но они сталкиваются с потерей частоты выключения, which lead to temperature rise and heat dissipation design. трудный, the increase in frequency will also cause a series of engineering problems such as drive and EMI.