电源设计中即使是普通的直流到直流开关转换器的设计都会出现一系列问题,尤其在
高功率电源设计中更是如此。除功能性考虑以外,工程师必须保证设计的鲁棒性,以符合成本目标要求以及热性能和空间限制,当然同时还要保证设计的进度。另外,出于产品规范和系统性能的考虑,
电源产生的电磁干扰(EH卫必须足够低。不过,电源的电磁干扰水平却是设计中最难精确预计的项目。有些人甚至认为这简直是不可能的,设计人员能做的最多就是在设计中进行充分考虑,尤其在布局时。
尽管本文所讨论的原理适用于广泛的电源设计,但我们在此只关注直流到直流的转换器,因为它的应用相当广泛,几乎每一位硬件工程师都会 接触到与它相关的工作,说不定什么时候就必须设计一个电源转换器。本文中我们将考虑与低电磁干扰设计相关的两种常见的折中方案;热性能、电磁干扰以及与Pr_臼布局和电磁干扰相关的方案尺寸等。文中我们将使用一个简单的降压转换器做例子,如图-所示。
在频城内测量辐射和传导电磁干扰,这就是对已知波形做傅里叶级数展开,本文中我们着重考虑辐射电磁干扰性能。在同步降压转换器中,引起电磁干扰的主要开关波形是由。这其实是一个迭代过程,甚至连经验最丰富的电源设计人员都使用这种方法。我们的最终目标是通过放慢晶体管的通断速度,使电磁干扰降低至可接受的水平,同时保证其温度足够低以确保稳定性。回到之前的降压稳压器例子上,该例中有两个回路节点(如图4与图5所示),它们的尺寸会直接影响到电磁干扰水平。
OT供于不同模式电磁干扰水平的公式(2)示意了回路面积对电路电磁干扰水平产生的直接线性影响。
辐射场正比于下列参数:涉及的谐波频率(F;单位H a、回路面积(A,单位H2)、电流(卫和测量距离(F{单位IHI)。
此概念可以推广到所有利用梯形波形进行电路设计的场合,不过本文仅讨论电源设计。参考图4的交流模型,研究其回路电流流动情况:起点为输入电容器,然后在QL导通期间流向Q1再通过LL进入输出电容器,最后返回输入电容器中。
当Q1关断、
电源模块代替传统的直流到直流转换器。
电源模块是含有全集成功率晶体管和电感的开关稳压器,它和线性稳压器一样可以很轻松地融入系统设计中。模块开关节点的回路面积远小于相似尺寸的稳压器或控制器,电源模块并不是新生事物,它的面世已经有一段时间了,但是直到现在,由于一系列问题,模块仍无法有效散热,且一经安装后就无法更改。