0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
电子发烧友
开通电子发烧友VIP会员 尊享10大特权
海量资料免费下载
精品直播免费看
优质内容免费畅学
课程9折专享价
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

EMI及PCB設(shè)計(jì)與開關(guān)頻率詳解

AGk5_ZLG_zhiyua ? 來源:互聯(lián)網(wǎng) ? 作者:佚名 ? 2018-05-18 08:58 ? 次閱讀

本文導(dǎo)讀

電源模塊發(fā)展至今,工程師們都著眼于如何將模塊做得更為小型化,輕量化,其實(shí)大家都明白可以通過提升開關(guān)頻率來提高產(chǎn)品的功率密度。但為什么迄今為止模塊的體積沒有變化太大?是什么限制了開關(guān)頻率的提升呢?

開關(guān)電源產(chǎn)品在市場的應(yīng)用主導(dǎo)下,日趨要求小型、輕量、高效率、低輻射、低成本等特點(diǎn)滿足各種電子終端設(shè)備,為了滿足現(xiàn)在電子終端設(shè)備的便攜式,必須使開關(guān)電源體積小、重量輕的特點(diǎn),因此,提高開關(guān)電源的工作頻率,成為設(shè)計(jì)者越來越關(guān)注的問題,然而制約開關(guān)電源頻率提升的因素是什么呢?其實(shí)主要包括三方面,開關(guān)管、變壓器和EMI及PCB設(shè)計(jì)。

一、開關(guān)管與開關(guān)頻率

開關(guān)管作為開關(guān)電源模塊的核心器件,其開關(guān)速度與開關(guān)損耗直接影響了開關(guān)頻率的極限,下文為大家大概分析一下。

1、開關(guān)速度

MOS管的損耗由開關(guān)損耗和驅(qū)動損耗組成,如圖1所示:開通延遲時(shí)間td(on)、上升時(shí)間tr、關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)、下降時(shí)間tf。

圖1 MOS管開關(guān)示意圖

FAIRCHILD公司的MOS為例,如圖2所示:FDD8880開關(guān)時(shí)間特性表。

圖2 FDD8880開關(guān)時(shí)間特性表

對于這個(gè)MOS管,它的極限開關(guān)頻率為:fs=1/(td(on)+tr+td(off)+tf) Hz=1/(8ns+91ns+38ns+32ns) =5.9MHz,在實(shí)際設(shè)計(jì)中,由于控制開關(guān)占空比實(shí)現(xiàn)調(diào)壓,所以開關(guān)管的導(dǎo)通與截止不可能瞬間完成,即開關(guān)的實(shí)際極限開關(guān)頻率遠(yuǎn)小于5.9MHz,所以開關(guān)管本身的開關(guān)速度限制了開關(guān)頻率提高。

2、開關(guān)損耗

開關(guān)導(dǎo)通時(shí)對應(yīng)的波形圖如圖3(A),開關(guān)截止時(shí)對應(yīng)的波形圖如圖3(B),可以看到開關(guān)管每次導(dǎo)通、截止時(shí)開關(guān)管VDS電壓和流過開關(guān)管的電流ID存在交疊的時(shí)間(圖中黃色陰影位置),從而造成損耗P1,那么在開關(guān)頻率fs工作狀態(tài)下總損耗PS=P1 *fs,即開關(guān)頻率提高時(shí),開關(guān)導(dǎo)通與截止的次數(shù)越多,損耗也越大,如下圖3所示。

圖3 開關(guān)管損耗示意圖

二、變壓器鐵損與開關(guān)頻率

變壓器的鐵損主要由變壓器渦流損耗產(chǎn)生,如圖4所示。

給線圈加載高頻電流時(shí),在導(dǎo)體內(nèi)和導(dǎo)體外產(chǎn)生了變化的磁場垂直于電流方向(圖中1→2→3和4→5→6)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,變化的磁場會在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,此電動勢在導(dǎo)體內(nèi)整個(gè)長度方向(L面和N面)產(chǎn)生渦流(a→b→c→a和d→e→f→d),則主電流和渦流在導(dǎo)體表面加強(qiáng),電流趨于表面,那么,導(dǎo)線的有效交流截面積減少,導(dǎo)致導(dǎo)體交流電阻(渦流損耗系數(shù))增大,損耗加大。

圖4 變壓器渦流示意圖

如圖5所示,變壓器鐵損是和開關(guān)頻率的kf次方成正比,又與磁性溫度的限制有關(guān),所以隨著開關(guān)頻率的提高,高頻電流在線圈中流通產(chǎn)生嚴(yán)重的高頻效應(yīng),從而降低了變壓器的轉(zhuǎn)換效率,導(dǎo)致變壓器溫升高,從而限制開關(guān)頻率提高。

圖5 變壓器鐵損與開關(guān)頻率關(guān)系圖

三、EMI及PCB設(shè)計(jì)與開關(guān)頻率

假設(shè)上述的功率器件損耗解決了,真正做到高頻還需要解決一系列工程問題,因?yàn)樵诟哳l下,電感已經(jīng)不是我們熟悉的電感,電容也不是我們已知的電容了,所有的寄生參數(shù)都會產(chǎn)生相應(yīng)的寄生效應(yīng),嚴(yán)重影響電源的性能,如變壓器原副邊的寄生電容、變壓器漏感,PCB布線間的寄生電感和寄生電容,會造成一系列電壓電流波形振蕩和EMI問題,同時(shí)對開關(guān)管的電壓應(yīng)力也是一個(gè)考驗(yàn)。

四、小結(jié)

要提高開關(guān)電源產(chǎn)品的功率密度,首先考慮的是提高其開關(guān)頻率,能有效減小變壓器、濾波電感、電容的體積,但面臨的是由開關(guān)頻率引起的損耗,而導(dǎo)致溫升散熱設(shè)計(jì)難,頻率的提高也會導(dǎo)致驅(qū)動、EMI等一系列工程問題。

ZLG致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊已有近20年的行業(yè)積累,當(dāng)前采用全新方案,實(shí)現(xiàn)同類型產(chǎn)品,體積最小,例如E_UHBDD-10W模塊較上一代ZY_UHBD-10W體積縮減了一半,如下圖6所示。

圖6 E_UHBDD-10WN與ZY_UHBD-10W規(guī)格對比

同時(shí)ZLG致遠(yuǎn)電子為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測試實(shí)驗(yàn)室,配備最先進(jìn)、齊全的測試設(shè)備,全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測試,靜電抗擾度高達(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV,可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場,為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 電源管理
    +關(guān)注

    關(guān)注

    116

    文章

    6375

    瀏覽量

    145716
  • emi
    emi
    +關(guān)注

    關(guān)注

    53

    文章

    3670

    瀏覽量

    129918
  • 功率器件
    +關(guān)注

    關(guān)注

    42

    文章

    1881

    瀏覽量

    91935

原文標(biāo)題:什么限制了電源小型化?

文章出處:【微信號:ZLG_zhiyuan,微信公眾號:ZLG致遠(yuǎn)電子】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

收藏 8人收藏
  • 19248602621

評論

相關(guān)推薦
熱點(diǎn)推薦

高速PCB設(shè)計(jì)EMI抑制探討

前面我們分析了EMI的產(chǎn)生情況,這節(jié)里我們將針對高速PCB設(shè)計(jì),來分析如何進(jìn)行EMI控制。
發(fā)表于 03-31 11:07 ?1843次閱讀

PCB設(shè)計(jì)EMI控制原理與實(shí)戰(zhàn)技巧

EMI問題是很多工程師在PCB設(shè)計(jì)遇到的最大挑戰(zhàn),由于電子產(chǎn)品信號處理頻率越來越高,EMI問題日益顯著,雖然有很多書籍對EMI問題進(jìn)行了探討
發(fā)表于 05-19 15:58

熱門PCB設(shè)計(jì)技術(shù)方案

解決方案詳解基于電磁兼容技術(shù)PCB板的設(shè)計(jì)解密PROTEL DXP軟件的PCB設(shè)計(jì)技巧簡述高速PCB設(shè)計(jì)中的常見問題及解決方法簡單介紹基于射頻開關(guān)
發(fā)表于 12-16 13:55

高速PCB設(shè)計(jì)解決EMI問題的九大規(guī)則

隨著信號上升沿時(shí)間的減小及信號頻率的提高,電子產(chǎn)品的EMI問題越來越受到電子工程師的關(guān)注,幾乎60%的EMI問題都可以通過高速PCB來解決。以下是九大規(guī)則: 高速
發(fā)表于 01-19 22:50

PCB設(shè)計(jì)EMI控制原理與實(shí)戰(zhàn)技巧

目前,EMI問題是很多工程師在PCB設(shè)計(jì)遇到的最大挑戰(zhàn),由于電子產(chǎn)品信號處理頻率越來越高,EMI問題日益顯著,雖然有很多書籍對EMI問題進(jìn)行
發(fā)表于 09-05 14:29 ?0次下載
<b class='flag-5'>PCB設(shè)計(jì)</b>中<b class='flag-5'>EMI</b>控制原理與實(shí)戰(zhàn)技巧

如何快速解決PCB設(shè)計(jì)EMI問題

如何快速解決PCB設(shè)計(jì)EMI問題
發(fā)表于 01-14 12:48 ?0次下載

變壓器和EMI以及PCB設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員的一個(gè)問題正在越來越多地關(guān)注。但是,限制開關(guān)電源頻率增加的因素有哪些?實(shí)際上,它主要包括三個(gè)方面,開關(guān)管,變壓器和EMI以及PCB設(shè)計(jì)
的頭像 發(fā)表于 07-31 11:06 ?3609次閱讀
變壓器和<b class='flag-5'>EMI</b>以及<b class='flag-5'>PCB設(shè)計(jì)</b>

怎樣降低PCBEMI

優(yōu)秀PCB設(shè)計(jì)練習(xí)降低PCBEMI有許多方法可以降低PCB設(shè)計(jì)EMI基本原理:電源和地平面提供屏蔽頂層和
的頭像 發(fā)表于 08-20 09:11 ?4610次閱讀

高速PCB設(shè)計(jì)EMI有什么規(guī)則

高速PCB設(shè)計(jì)EMI有什么規(guī)則
發(fā)表于 08-21 14:38 ?1101次閱讀
高速<b class='flag-5'>PCB設(shè)計(jì)</b><b class='flag-5'>EMI</b>有什么規(guī)則

EMI DC/DC變換器的PCB設(shè)計(jì)

EMI DC/DC變換器PCB設(shè)計(jì)
的頭像 發(fā)表于 02-04 15:26 ?4435次閱讀

如何解決高速PCB設(shè)計(jì)中的EMI問題

隨著信號上升沿時(shí)間的減小,信號頻率的提高,電子產(chǎn)品的EMI問題,也來越受到電子工程師的重視。高速pcb設(shè)計(jì)的成功,對EMI的貢獻(xiàn)越來越受到重視,幾乎60%的
發(fā)表于 03-25 15:55 ?1727次閱讀
如何解決高速<b class='flag-5'>PCB設(shè)計(jì)</b>中的<b class='flag-5'>EMI</b>問題

PCB設(shè)計(jì)如何降低EMI

PCB設(shè)計(jì)布局被認(rèn)為是促進(jìn)EMI在電路中傳播的主要問題之一。這就是為什么在開關(guān)電源中降低EMI的普遍而通用的技術(shù)之一是布局優(yōu)化。
的頭像 發(fā)表于 01-28 10:58 ?2619次閱讀
<b class='flag-5'>PCB設(shè)計(jì)</b>如何降低<b class='flag-5'>EMI</b>

PCB設(shè)計(jì):在真實(shí)世界里的EMI控制

PCB設(shè)計(jì)之在真實(shí)世界里的EMI控制說明。
發(fā)表于 06-23 14:53 ?0次下載

詳解交換機(jī)pcb設(shè)計(jì)

詳解交換機(jī)pcb設(shè)計(jì)
的頭像 發(fā)表于 09-28 10:09 ?1794次閱讀

高速PCB設(shè)計(jì)EMI防控手冊:九大關(guān)鍵步驟詳解

一站式PCBA智造廠家今天為大家講講高速PCB設(shè)計(jì)EMI有什么規(guī)則?高速PCB設(shè)計(jì)EMI九大關(guān)鍵規(guī)則。隨著電子產(chǎn)品信號上升沿時(shí)間的縮短和信號頻率
的頭像 發(fā)表于 12-24 10:08 ?425次閱讀

電子發(fā)燒友

中國電子工程師最喜歡的網(wǎng)站

  • 2931785位工程師會員交流學(xué)習(xí)
  • 獲取您個(gè)性化的科技前沿技術(shù)信息
  • 參加活動獲取豐厚的禮品