如何設計低電磁幹擾的DC/DC轉化器
發布時間:2012-11-26 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】出於產品規範和係統性能的考慮,電源產生的電磁幹擾(EMI)必(bi)須(xu)足(zu)夠(gou)低(di)。不(bu)過(guo),電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)水(shui)平(ping)卻(que)是(shi)設(she)計(ji)中(zhong)最(zui)難(nan)精(jing)確(que)預(yu)計(ji)的(de)項(xiang)目(mu)。本(ben)文(wen)中(zhong)我(wo)們(men)將(jiang)考(kao)慮(lv)與(yu)低(di)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)設(she)計(ji)相(xiang)關(guan)的(de)兩(liang)種(zhong)常(chang)見(jian)的(de)折(zhe)中(zhong)方(fang)案(an);熱性能、電磁幹擾以及與PCB布局和電磁幹擾相關的方案尺寸等。
文中我們將使用一個簡單的降壓轉換器做例子,如圖1所示。

圖1:普通的降壓轉換器
在zai頻pin域yu內nei測ce量liang輻fu射she和he傳chuan導dao電dian磁ci幹gan擾rao,這zhe就jiu是shi對dui已yi知zhi波bo形xing做zuo傅fu裏li葉ye級ji數shu展zhan開kai,本ben文wen中zhong我wo們men著zhe重zhong考kao慮lv輻fu射she電dian磁ci幹gan擾rao性xing能neng。在zai同tong步bu降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi中zhong,引yin起qi電dian磁ci幹gan擾rao的de主zhu要yao開kai關guan波bo形xing是shi由youQ1和Q2產生的,也就是每個場效應管在其各自導通周期內從漏極到源極的電流di/dt。圖2所示的電流波形(Q和Q2on)不是很規則的梯形,但是我們的操作自由度也就更大,因為導體電流的過渡相對較慢,所以可以應用Henry Ott經典著作《電子係統中的噪聲降低技術》中的公式1。我們發現,對於一個類似的波形,其上升和下降時間會直接影響諧波振幅或傅裏葉係數(In)。

圖2:Q1和Q2的波形
In=2IdSin(nπd)/nπd ×Sin(nπtr/T)/nπtr/T (1)
其中,n是諧波級次,T是周期,I是波形的峰值電流強度,d是占空比,而tr是tr或tf的最小值。
在實際應用中,極有可能會同時遇到奇次和偶次諧波發射。如果隻產生奇次諧波,那麼波形的占空比必須精確為50%。而實際情況中極少有這樣的占空比精度。
諧波係列的電磁幹擾幅度受Q1和Q2的通斷影響。在測量漏源電壓VDS的上升時間tr和下降時間tf,或流經Q1和Q2的電流上升率di/dt 時,可以很明顯看到這一點。這也表示,我們可以很簡單地通過減緩Q1或Q2的通斷速度來降低電磁幹擾水平。事實正是如此,延長開關時間的確對頻率高於 f=1/πtr的de諧xie波bo有you很hen大da影ying響xiang。不bu過guo,此ci時shi必bi須xu在zai增zeng加jia散san熱re和he降jiang低di損sun耗hao間jian進jin行xing折zhe中zhong。盡jin管guan如ru此ci,對dui這zhe些xie參can數shu加jia以yi控kong製zhi仍reng是shi一yi個ge好hao方fang法fa,它ta有you助zhu於yu在zai電dian磁ci幹gan擾rao和he熱re性xing能neng間jian取qu得de平ping衡heng。具ju體ti可ke以yi通tong過guo增zeng加jia一yi個ge小xiao阻zu值zhi電dian阻zu(通常小於5Ω)實現,該電阻與Q1和Q2的柵極串聯即可控製tr和tf,你也可以給柵極電阻串聯一個 “關斷二極管”來獨立控製過渡時間tr或tf(見圖3)。這(zhe)其(qi)實(shi)是(shi)一(yi)個(ge)迭(die)代(dai)過(guo)程(cheng),甚(shen)至(zhi)連(lian)經(jing)驗(yan)最(zui)豐(feng)富(fu)的(de)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)都(dou)使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)。我(wo)們(men)的(de)最(zui)終(zhong)目(mu)標(biao)是(shi)通(tong)過(guo)放(fang)慢(man)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)通(tong)斷(duan)速(su)度(du),使(shi)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)降(jiang)低(di)至(zhi)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)水(shui)平(ping),同(tong)時(shi)保(bao)證(zheng)其(qi)溫(wen)度(du)足(zu)夠(gou)低(di)以(yi)確(que)保(bao)穩(wen)定(ding)性(xing)。

圖3:用關聯二極管來控製過渡時間
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