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工程師實戰經驗(二):PSR開關電源設計之EMC設計技巧

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: 電源,開關電源,電源設計,EMC

      本文是作者多年從事PSR原邊反饋開關電源設計總結出的經驗,上一章介紹了PSR原邊反饋開關電源設計中變壓器的“獨特”設計方法,本章將繼續為大家分享PSR原邊反饋開關電源中的EMC設計技巧,希望能給大家的實際設計帶來幫助。

      先談談PCBLAYOUT注意點:

      大家都知道,EMC對地線走線畢竟有講究,針對PSR的初級地線,可以分為4個地線,如圖中所標示的三角地符號。這4個地線需采用“一點接地”的布局。

      先上電路圖:

    工程師實戰經驗(二):PSR開關電源設計之EMC設計技巧

      1.C8的地線為電源輸入地。

      2.R5的地為功率地。

      3.C2的地為小信號地。

      4.變壓器PIN3的地為屏蔽地。

      這4個地的交接點為C8的負端,即:輸入電壓經整流橋后過C1到C8地,R5和變壓器PIN3的地分別采用單獨連線直接引致C8負端相連,連線盡量短;R5地線因考慮到壓降和干擾應盡量寬些。

      C5,R10,U1PIN7和PIN8地線匯集致C2負端再連接于C8負端。

      若為雙面板,以上4條地線盡量不要采用過孔連接,不得以可以采用多個過孔陣列以減小過孔壓降。

      以上地線布局恰當,產品的共模干擾會很小。

      因PSR線路負載時工作在PFM狀態下的DCM模式,DI/DT的增大和頻率的提升,所以較難處理的是傳導150K~5M差模干擾。

      就依圖從左到右針對有影響EMC的元件進行逐個分析。

      1.保險絲

      將保險絲換用保險電阻理論上來講對產品效率是有負面影響的,但實際表現并不明顯,

      所以保險絲可以采用10/1W的保險電阻來降低150K附近的差模干擾,對通過5級能耗并無太大影響,且成本也有所降低。

      2.C1,L2,C8

      PSR工作在DCM模式,相對而言其輸入峰值電流會大很多,所以輸入濾波很重要。

      峰值電流的增大會導致低壓輸入時母線電壓較低,且C8的溫升也會增加;

      為了提高母線電壓和降低C8的溫升,需提高C1的容量和使用LOWESR的C1和C8。

      因為提高C1的容量后,C1和C8的工作電壓會上升,在輸出功率不變的情況下,輸入的峰值電流就會降低。

      因L2的作用,實際表現為增加C1的容量比增加C8的容量抑制EMC會更有效。

      一般取C1為6.8uF,C8為4.7uF效果較好,若受空間限制,采用8.2u與3.3u也比采用2個2.7u的EMC抑制效果好。

      L2一般從成本考慮采用色環電感,因色環電感的功率有限,電感量太大會嚴重影響效率,一般取330u~2mH,

      2mH是效率影響開始變得明顯,330u對差模干擾的作用不夠分量,為了使效率影響最低且對差模干擾抑制較佳,建議采用1mH。

      因為“一點接地”的布局匯集點在C8的負端,在C8負端輸入電流的方向是經過C1和BD1流回輸入端,根據傳導測試的原理,這樣產生消極影響,所以需在C1與C8的地線上作處理,有空間的可以再中間增加磁珠跳線,空間受限可以采用PCBlayout曲線來實現,雖然效果會弱些,但相比直線連接會改善不少。

      3.R6,D2,R2,C4

      RCD吸收對EMC的影響大家都應該已經了解,這里主要說下R6與D2對EMC的影響。

      R6的加入和D2采用恢復時間較慢的1N4007對空間輻射有一定的負作用,但對傳導有益。

      所以在整改EMC時此處的修改對空間輻射與傳導的取舍還得引起注意。

      4.R5

      R5既為電流檢測點也是限功率設置點。

      所以R5的取值會影響峰值電流也會影響OPP保護點。

      建議在OPP滿足的情況下盡量取大些。

      一般不低于2R,建議取2.2R。

      5.R4,R10,D3,R3,C2

      在前部分有提到VCC電壓的升高對EMC有惡性影響。因IC內部的檢測有采用積分電路,所以當VCC電壓設置過高,就需要更長的積分時間,在周期不變的情況下,TON的時間就會增加,輸出功率不變的情況下MOS的峰值電流就會增加,在RCD和D4的吸收R7,C11上的峰值都會增加,且D3,R3,C2也對VCC有下拉和吸收作用,會使輸出電壓的過沖加劇,同時影響延時檢測的開啟時間。這一系列的變化對EMC的影響是不可忽視的。

      根據經驗,結合變壓器漏感考慮,VCC電壓在滿載事最大值不宜超過19V,所以為使空載時VCC不至于太低導致蕩機,建議VCC電壓設計在15V,變壓器漏感最大不宜超過15%.

      6.C5

      C5是IC內部延時檢測補償設置端。C5的取值大了會導致電壓檢測的周期加長,小了會導致電壓檢測的周期變短。檢測周期的變化會影響電壓的采樣率,也就會影響整個產品各處的電流紋波,對EMC也會造成一定影響,一般選取0.01~0.1uF。

      7.C3,C7

      前面提到C3和C7的容量取值對輸出電壓過沖的抑制作用和維持產品的穩定性。但C3,C7的容量也不是越大越好,它會對EMC起消極作用。C3,C7容量的加大同樣會導致第5點講到的峰值電流加大,所以不能盲目選擇。

      對PSR原邊反饋控制開關電源的設計和調試經驗講解到此就告一段落了,希望能給大家的實際設計帶來幫助。

      最后附上PSR原邊反饋開關電源設計上篇:http://ee.ofweek.com/2014-05/ART-11000-2817-28808190.html

    (審核編輯: 小王子)

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