優化大功率 DC/DC 轉換器的 EMC 和效率 第 2 部分
發布時間：2022-7-27 16:14
發布者：eechina
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在第 1 部分中，我們講解了如何選擇正確的電容器種類、功率電感器、開關頻率以及半導體對 DC/DC 開關控制器的效率至關重要，并展示了開發指定規格的降壓升壓轉換器的任務的例子。我們還探討了如何選擇最佳的電容器和電感器來創建與轉換器相匹配的濾波器，從而實現非常低的電感和緊湊的布局。在第 2 部分中，我們將會介紹電路板布局和 EMC 需要考慮的因素、選擇輸入和輸出濾波器元器件，以及使用熱成像來驗證功能電路。 布局指南 布局電路板時需要考慮到一些因素。例如，會導致高 ΔI/Δt 值的輸入和輸出回路應通過將濾波陶瓷電容器緊密放置在一起來保持緊湊。自舉電路應緊湊且靠近開關穩壓器 IC。需要使用寬帶π型濾波器來解耦開關穩壓器的內部電源。使用盡可能多的過孔以實現內部功率GND 層和電路板底層之間的低電感、低阻抗連接。雖然大面積的銅可以實現更佳的散熱性能和更低的 RDC，但銅面積不宜太大，以免與相鄰電路發生容性和感性耦合。 無濾波器的 EMC 測量（100W 輸出功率） 為滿足大多數應用，轉換器在傳導（150kHz 至 30MHz）和輻射（30MHz 至 1GHz）范圍內的干擾發射均應符合 B 類（家用）限制。除了插入損耗，還有很重要的一點是大電流應用需要電感元件具有盡可能低的 RDC，從而將效率和發熱量保持在可接受的范圍內。不幸的是，低 RDC 也意味著尺寸會更大。因此，選擇在 RDC、阻抗和尺寸這幾個因素之間取得平衡的最先進的元件尤為重要。WE-MPSB 系列和緊湊型設計的 WE-XHMI 系列都適用于這種情況。對于 10μF 以上的電容濾波元件，可以使用低成本的鋁電解電容。由于濾波電感器能有效抑制電流變化，因此無需擔心高紋波電流。因此，較大的 ESR 也沒有關系，它會導致濾波器品質因素降低，從而防止不必要的諧振。濾波器所造成的額外損耗是由于電感器的歐姆損耗。 選擇輸入和輸出濾波器元件 濾波器元件選擇標準中最重要的一點是能實現從 150kHz 至 300MHz 的寬帶干擾抑制，從而抑制傳導和輻射 EMC。如果輸入或輸出使用較短的電纜或不使用電纜，則可以降低濾波程度。圖 6 展示的是各個濾波器元件的有效頻率范圍。 
圖6：濾波器元件的方框圖，分別具有 3 個不同的頻率范圍。
圖7：PCB 頂視圖，包括所有濾波器元件，符合 CISPR32 B 類標準 有濾波器的電路在 100W 輸出功率 (Ta = 22°C) 時測得的溫度和效率 使用熱像儀測得元件最高溫度低于 64℃（圖 8），這意味著有足夠的安全裕度來應對較高的環境溫度，同時對元器件的壓力也較小。效率也處于非常高的水平（降壓模式：96.5%；升壓模式：95.6%），特別是考慮到所有的濾波器元件都已計算在內。
圖8：頂部和底部測得的溫度。
圖9：輸入和輸出帶濾波器的電路測得的輻射干擾發射�？梢栽谡麄�測量范圍內跟限值（水平和垂直）保持足夠的距離。
圖10：在輸入端帶濾波器的測量傳導發射。平均值和準峰值在整個測量范圍內均低于限值。 圖 9 和圖 10 展示的是安裝濾波器后電路測量結果的改善。有濾波器之后，低頻范圍內的傳導干擾輻射的峰值以及輻射干擾發射的完整測量曲線都低于要求的限值，并且有足夠裕量。 總結 就算進行了非常仔細的布局并選擇了合適的有源和無源元件，如果有額外的非常嚴格的規格要求（如長線纜、不能屏蔽等），那么沒有濾波器就無法實現符合 B 類標準的大功率 DC/DC 轉換器。不過，我們可以預期到并且提前布置合適的濾波器。得到的結果是一個靈活、高效、符合 B 類標準的 100W 降壓升壓轉換器。為了讓印制電路板更緊湊，兩個濾波器可以旋轉 90° 或布置在電路板的反面。REDEXPERT 和 LTSpice 等設計和仿真軟件有助于快速且經濟高效地達到預期設計目標。 End 作者： Andreas Nadler，伍爾特電子現場應用工程師 FAE，appnotes@we-online.de, 電話：+49 7942 945 – 0 |
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