交換機電源傳感器的抑制和干擾技術(shù)分析

　　1開(kāi)關(guān)電源分析

　　開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾**基本的原因，是在操作期間產(chǎn)生的高DI / DT和高dv/DT，浪涌電流和尖峰電壓形成干擾源。電力頻率整流濾波的大電容充電放電，開(kāi)關(guān)管的電壓切換，輸出的反向恢復電流整流二極管是干擾源。開(kāi)關(guān)電源中的電壓電流波形大多是靠近矩形的周期性波，例如開(kāi)關(guān)的驅動(dòng)波形，MOSFET漏源波形等。對于矩形波，循環(huán)的倒數確定波形的頻率;兩次脈沖邊緣上升時(shí)間或下降時(shí)間的倒數確定由這些邊緣引起的頻率分量的頻率值，典型值\ u200b \ u200binMHz的范圍，諧波頻率較高。這些高頻信號由開(kāi)關(guān)電源的信號干擾，尤其是控制電路的信號。

　　開(kāi)關(guān)的電磁噪聲電源可以分為來(lái)自噪聲源的兩類(lèi)。一個(gè)是外部噪聲，例如，通過(guò)網(wǎng)格差模噪聲發(fā)送的共同模式和差模噪聲，外部電磁輻射對開(kāi)關(guān)電源控制電路等的干擾。另一個(gè)類(lèi)別是由開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的電磁噪聲，例如由開(kāi)關(guān)和流量管的電流峰值產(chǎn)生的諧波和電磁輻射。

　　如圖1所示。如圖1所示，網(wǎng)格的共模和差模噪聲與開(kāi)關(guān)電源相連，并且開(kāi)關(guān)電源也為電磁干擾（圖中返回）產(chǎn)生電磁干擾和負載。噪聲，輸出噪聲和輻射干擾）。開(kāi)關(guān)EMI/EMC在一方面設計時(shí)，必須防止切換電源在另一方面加強對網(wǎng)格和附近電子設備的干擾，以加強開(kāi)關(guān)電源本身對電磁騷擾環(huán)境的適應性。由下面的開(kāi)關(guān)電源的特定分析產(chǎn)生的原因和途徑。

　　圖1開(kāi)關(guān)電源噪聲類(lèi)型

　　1.1電源線(xiàn)路引入的電磁噪聲

　　電源線(xiàn)噪聲是由沿網(wǎng)格中的各種電氣設備產(chǎn)生的電磁騷擾引起的，沿著(zhù)電源線(xiàn)傳播。 電源線(xiàn)噪聲分為兩類(lèi)：共模干擾，差模干擾。 共模干擾（Common - mode Interference）定義為載流導體和參考地之間的不期望的電位差; 差模干擾（Differential - mode Interference）定義為它之間的任何兩個(gè)載流導體的不需要的潛在差異。兩種干擾等效電路如圖2所示。CP1是變壓器的主要和次級之間的分布電容，并且CP2是開(kāi)關(guān)電源和散熱器之間的分配電容器（即，開(kāi)關(guān)管收集器和地之間的分配電容。

　?。╝）共模干擾

　?。╞）差模干擾

　　圖2兩種干擾等效電路

　　如圖2（a） 所示，當開(kāi)關(guān)V1從接通狀態(tài)變?yōu)閿嚅_(kāi)狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)V1的集電極電壓升高到高電壓，這使得共模電流 Icm2充電 CP2 和共模電流 Icm1充電 CP1。分布式電容器的充電頻率是開(kāi)關(guān) 電源 的工作頻率。線(xiàn) 中共 模式電流的總幅值是 （Icm1 +Icm2）。如圖2 （B） 所示，當V1接通時(shí)，差模 電流 Idm 和信號電流IL沿著(zhù)由導線(xiàn)、變壓器初級和開(kāi)關(guān)管組成的回路流動(dòng)。從等效模型可以看出，共模干擾電流 不是通過(guò)接地線(xiàn)傳輸，而是通過(guò)輸入 電源 線(xiàn)傳輸。同時(shí) 差模干擾電流 通過(guò)接地線(xiàn)和輸入 電源 線(xiàn)環(huán)路傳輸。因此，在設置 電源線(xiàn)濾波器 時(shí)，我們應考慮到 差模干擾 和 共模干擾 之間的差異，并使用 差模 或共模濾波器元件來(lái)抑制其傳輸路徑中的干擾，以達到**佳的濾波效果。

　　1.2輸入電流失真引起的噪聲

　　開(kāi)關(guān) 電源 的輸入通常是 橋式整流 和電容濾波型整流 電源。如圖3所示，在沒(méi)有 PFC 功能的輸入級，二極管的 導通角 由于 整流二極管 的非線(xiàn)性和濾波電容器的儲能而變小，輸入電流I成為具有短時(shí)間和高峰值的周期性尖峰電流。除了 基波 分量之外，該失真電流基本上還包含豐富的高次諧波分量。這些高次諧波成分注入電網(wǎng)，造成嚴重的諧波污染，對電網(wǎng)上的其他電器造成干擾。為了控制開(kāi)關(guān) 電源 對電網(wǎng)的污染，實(shí)現高功率因數，PFC 電路是必不可少的部分。

　　圖3未施加 PFC 電路的輸入電流和電壓波形

　　來(lái)自1.3開(kāi)關(guān)管和變壓器的干擾

　　主開(kāi)關(guān)管是開(kāi)關(guān) 電源 的核心器件，也是 干擾源。它的工作頻率與電磁干擾的強度直接相關(guān)。隨著(zhù)開(kāi)關(guān)管工作頻率的增加，開(kāi)關(guān)管電壓和電流的開(kāi)關(guān)速度增加，其傳導干擾和輻射干擾也增加。此外，主開(kāi)關(guān)管上的反并聯(lián)箝位二極管反向恢復特性不好，或者電壓尖峰吸收電路參數選擇不當也會(huì )造成電磁干擾。

　　在開(kāi)關(guān) 電源 的操作期間，由初級濾波大電容、初級線(xiàn)圈 高頻變壓器 和開(kāi)關(guān)管形成高頻電流回路。這個(gè)環(huán)路產(chǎn)生大的輻射噪聲。開(kāi)關(guān)電路中的開(kāi)關(guān)管的負載是 高頻變壓器 初級線(xiàn)圈，其是電感性負載。因此，當開(kāi)關(guān)管打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)，尖峰噪聲將出現在初級 高頻變壓器 的兩端。較輕的會(huì )造成干擾，較重的會(huì )破壞開(kāi)關(guān)管。主變壓器繞組之間的分布電容和漏感也是引起電磁干擾的重要因素。

　　1.4輸出產(chǎn)生的干擾 整流二極管

　　理想二極管在經(jīng)受 反向電壓 時(shí)關(guān)閉，沒(méi)有反向電流通過(guò)。但是，當實(shí)際的二極管引導時(shí)，pn結中的電荷會(huì )累積。當二極管承載 反向電壓 時(shí)，pn結中積累的電荷將被釋放并形成反向恢復電流。它回到零點(diǎn)的時(shí)間與結電容等因素有關(guān)。反向恢復電流在變壓器漏感等分布參數的影響下會(huì )產(chǎn)生較強的高頻衰減振蕩。因此，輸出 整流二極管 的反向恢復噪聲也成為開(kāi)關(guān) 電源 中的主要 干擾源。在二極管 并聯(lián)RC緩沖器 的兩端可以抑制反向恢復噪聲。

　　由1.5分布和寄生參數引起的開(kāi)關(guān) 電源 噪聲

　　開(kāi)關(guān)電源的分布參數是大多數干擾的內部因素。開(kāi)關(guān)電源與散熱器之間的分布電容、變壓器一次級與二次級之間的分布電容、一次側與二次側的漏感都是噪聲源。共模干擾通過(guò)變壓器的一次和二次之間以及開(kāi)關(guān)電源和散熱器之間的分布電容傳輸。變壓器繞組的分布電容與高頻變壓器繞組的結構和制造工藝有關(guān)。通過(guò)改進(jìn)繞組工藝和結構，增加繞組間的絕緣，采用法拉第屏蔽，可以減小繞組間的分布電容。開(kāi)關(guān)電源和散熱器之間的分布電容與開(kāi)關(guān)管的結構和開(kāi)關(guān)管的安裝方式有關(guān)。使用帶屏蔽的絕緣墊片可以減小開(kāi)關(guān)管和散熱器之間的分布電容。

　　如圖4所示，所有工作在高頻下的元件都具有高頻寄生特性，這些特性會(huì )影響它們的工作狀態(tài)。當高頻工作時(shí)，導線(xiàn)變成發(fā)射線(xiàn)，電容變成電感，電感變成電容，電阻變成諧振電路。查看圖4中的頻率特性曲線(xiàn)可以發(fā)現，當頻率過(guò)高時(shí)，元件的頻率特性會(huì )發(fā)生很大變化。為了**開(kāi)關(guān)電源在高頻工作時(shí)的穩定性，在設計開(kāi)關(guān)電源時(shí)應充分考慮高頻工作元件的特性，并選擇高頻特性較好的元件。此外，在高頻下，導線(xiàn)寄生電感的電感顯著(zhù)增大，**終由于電感的失控而成為一條發(fā)射線(xiàn)。它變成開(kāi)關(guān)干擾源中的輻射電源。

　　圖4高頻工作時(shí)元件的頻率特性。

　　一、電磁兼容設計。

　　電磁兼容是指電子設備在各種電磁環(huán)境中和諧**工作的能力。電磁兼容設計的目的是使電子設備既能抑制各種外界干擾，使電子設備能在特定的電磁環(huán)境下正常工作，又能降低電子設備本身對其他電子設備的電磁干擾。

　　1.選擇合理的線(xiàn)寬。

　　由于暫態(tài)電流對印刷線(xiàn)產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印刷線(xiàn)的電感引起的，因此應盡可能降低印刷線(xiàn)的電感。印刷導線(xiàn)的電感與其長(cháng)度成正比，與其寬度成反比，因此短而細的導線(xiàn)有利于抑制干擾。時(shí)鐘引線(xiàn)、線(xiàn)路驅動(dòng)器或總線(xiàn)驅動(dòng)器的信號線(xiàn)通常包含較大的瞬態(tài)電流，印刷導線(xiàn)應盡可能短。對于分立元件電路，當印制線(xiàn)寬度為1.5 mm左右時(shí)，印制線(xiàn)寬度完全滿(mǎn)足要求；對于集成電路，印制線(xiàn)寬度可在0.2~1.0 mm之間選擇。

　　二.。采用正確的布線(xiàn)策略。

　　采用等布線(xiàn)可以降低導線(xiàn)電感，但增大了導線(xiàn)間的互感和分布電容。在布局允許的情況下，**好采用形狀良好的網(wǎng)狀布線(xiàn)結構，具體方法是水平布線(xiàn)的印制板一側，縱向布線(xiàn)的另一側，然后在交叉孔與金屬化孔相連。

　　為抑制印制板線(xiàn)之間的串擾，應盡量避免長(cháng)距離等距布線(xiàn)，盡量延長(cháng)線(xiàn)與線(xiàn)之間的距離，信號線(xiàn)、地線(xiàn)與電源線(xiàn)盡量不交叉。在一些對干擾非常敏感的信號線(xiàn)之間設置接地打印線(xiàn)可以有效地抑制串擾。

　　為避免高頻信號通過(guò)印制導線(xiàn)產(chǎn)生電磁輻射，接線(xiàn)印制電路板時(shí)還應注意以下幾點(diǎn)：

　　● 盡量減少印制線(xiàn)的不連續性，如導線(xiàn)寬度不應突然，導線(xiàn)轉角應大于90度，不得采用圓形接線(xiàn)。

　　● 時(shí)鐘信號引線(xiàn)**容易產(chǎn)生電磁輻射干擾。接線(xiàn)時(shí)，應靠近接地電路，司機應靠近連接器。

　　● 公共汽車(chē)司機應靠近待駕駛的公共汽車(chē)。對于那些離開(kāi)印制電路板的導線(xiàn)，驅動(dòng)器應靠近接頭。

　　● 數據總線(xiàn)接線(xiàn)中的每?jì)蓷l信號線(xiàn)之間應夾一根信號接地線(xiàn)。**好將接地回路置于**不重要的地址引線(xiàn)附近，因為這些導線(xiàn)通常攜帶高頻電流。

　　3.抑制反射干擾

　　為了抑制印刷線(xiàn)末端的反射干擾，除了特殊需要外，還應盡量縮短印刷線(xiàn)長(cháng)度，采用慢電路。如有必要，可增加端子匹配，即在接地和電源端增加相同電阻值的匹配電阻。根據經(jīng)驗，對于一般快速TTL電路，印刷線(xiàn)大于10cm時(shí)，應采取終端匹配措施。匹配電阻電阻值根據集成電路輸出驅動(dòng)電流和吸收電流**大值確定。

　　2、 去耦電容配置

　　在DC電源電路中，負載的變化將導致電源噪聲。例如，在數字電路中，當電路從一的一種狀態(tài)轉換為另一種狀態(tài)時(shí)，將在線(xiàn)路電源上產(chǎn)生大峰值電流，形成瞬態(tài)噪聲電壓。配置去耦電容可抑制負荷變化引起的噪聲，這是印制電路板的可靠性設計中的一種常見(jiàn)做法。配置原理如下：

　　● 電源輸入端與10-100uf電解電容器連接。如果允許印制電路板的位置，容量大于100uF的電解電容器的抗干擾效果會(huì )更好。

　　● 每個(gè)集成電路芯片應提供一個(gè)0.01uF陶瓷電容器。如果空間小印制電路板，不能安裝，則每4-10片可配置1-10uf鉭電解電容器。本裝置高頻阻抗特別小，500khz-20MHz范圍內阻抗小于1Ω， 泄漏電流很?。ǖ陀?.5ua）。

　　● 對于在停機和存儲裝置ROM、RAM期間噪聲能力弱、電流變化較大的設備，應在芯片電源線(xiàn)（Vcc）與地線(xiàn)GND）之間直接接入去耦電容。

　　去耦電容的引線(xiàn)不應過(guò)長(cháng)，特別是高頻旁路電容不應有引線(xiàn)。

　　3、 印制電路板尺寸和設備布置

　　印制電路板尺寸適中，印刷線(xiàn)過(guò)大時(shí)長(cháng)，阻抗增大，不僅降低了抗噪聲能力，而且成本高；體積太小，散熱不好，容易受到相鄰線(xiàn)路的干擾。

　　在器件布置方面，與其他邏輯電路一樣，應盡量將相關(guān)器件放置在**近的位置，從而獲得更好的抗噪聲效果。時(shí)間發(fā)生器、晶體振蕩器和CPU的時(shí)鐘輸入容易產(chǎn)生噪聲，且它們應彼此更接近。器件、小電流電路和容易產(chǎn)生噪聲的大電流電路應盡量遠離邏輯電路，這一點(diǎn)非常重要。如果可能，應制作電路板。

　　4、 熱設計

　　從散熱角度看，印刷板安裝應直立。板與板之間的距離一般不應小于2cm。此外，印刷板上設備的布置應遵循一定的規則：

　　**好以縱向方式（優(yōu)選（或其他裝置）排列（或其他裝置），優(yōu)選（或其他裝置），其優(yōu)選為（或其他裝置）（或其他裝置）。長(cháng)模式布置。

　　同一塊印制板上的裝置應該盡可能多地使用，以安排散熱量和散熱度，發(fā)熱量或耐熱性差（例如小信號晶體管（例如小信號晶體管）小規模集成電路 ，電解電容等置于冷卻氣流中。放置在冷卻氣體流的底部的**上游（入口），高發(fā)熱或良好的耐熱性（例如功率晶體管，大規模集成電路等）。

　　在級別方向上時(shí)，高功率器件如靠近印制板邊緣布置，以縮短傳熱路徑;在垂直方向上中，高功率器件布置在上方印制板以減少用于其他設備的這些裝置。溫度的影響。 **好將溫度溫度（例如裝置的底部）放置在溫度（例如底部），不要將其直接放在發(fā)熱裝置上方，并且多個(gè)裝置優(yōu)選地在水平面上隔行。

　　器件印制板的散熱主要依賴(lài)于空氣流動(dòng)，因此在設計時(shí)必須研究空氣流路，合理的配置裝置或印制電路板。當空氣流動(dòng)時(shí)，它總是往往會(huì )流動(dòng)小阻力，因此當設備配置在印制電路板時(shí)，有必要避免在區域中的大型空域。整個(gè)機器中多個(gè)印制電路板的配置也應該注意同樣的問(wèn)題。

　　大量實(shí)際經(jīng)驗表明，使用合理的設備布置可以有效地降低印刷電路的溫度升高，從而降低了裝置的故障率和裝置。

　　上述上述一般原理僅是可靠性設計的一般原理，并且印制電路板可靠性與特定電路密切相關(guān)，并且不需要根據設計中的特定電路執行以**大化印制電路板的可靠性 。