電源適配器抗干擾技術(shù)和開發(fā)中注意的項(xiàng)目以及解決方法
由于電源適配器由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài),高頻的快速瞬變過程本身就是電磁干擾源,它產(chǎn)生的電磁干擾直接影響甚至危害到其他電子產(chǎn)品貨配套的產(chǎn)品的正常工作,解決這個(gè)問題的唯一辦法就是抗干擾設(shè)計(jì).電源適配器在設(shè)計(jì)上為抑制電磁干擾,有效的抗干擾主要有印制板布線抗干擾,元器件布局抗干擾,采取接地抗干擾等抑制電磁干擾手段來(lái)提高電源適配器的抗干擾技術(shù).
在電源適配器首先設(shè)計(jì)的時(shí)候注意印制板布線抗干擾的措施,印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì)不僅與布局有關(guān),而且與布線也有相當(dāng)大的關(guān)系,開關(guān)電源PCB抗干擾設(shè)計(jì)布線的原則：
相鄰電路之間不應(yīng)該有過長(zhǎng)的平行線,走線盡量避免平行,如果在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)平行走線無(wú)法避免,可在兩條平行的信號(hào)線之間加一條地線
盡量拉開兩條平行的信號(hào)線之間的距離,以降低兩線之間電磁場(chǎng)的影響,使兩條平行的信號(hào)線上流過的電流方向相反
電容引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線。
布線密度應(yīng)綜合結(jié)構(gòu)及電性能要求，力求簡(jiǎn)單、均勻，導(dǎo)線最小寬度和間距不小于0.3mm,條件允許可適當(dāng)加寬導(dǎo)線及間距
根據(jù)印制線路板電流的大小,盡量加粗電源線,接地線寬度,減少環(huán)路阻抗,同時(shí)使電源線,地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致
在裝配密度很高的印制電路板時(shí)，多采用多層板，可使印制導(dǎo)線的直流電阻R和自感L減小，從而減小印制導(dǎo)線的特性阻抗
在雙面板設(shè)計(jì)中，除盡量加粗電源線和地線的線條外，還應(yīng)該在電源線和地線之間留出一定的空間，以便安裝高頻特性好的去耦電容。
信號(hào)線最好集中于PCB板的中央,力求靠近地線或用地包圍它,信號(hào)線避免長(zhǎng)距離的平行線
控制回路與輸出回路分開，采用單點(diǎn)接地方式，大面積接地容易引出天線作用，建議不要采用大面積接地方式
在元器件布局是為了減少噪聲的產(chǎn)生和防止由于噪聲所引起的誤動(dòng)作,應(yīng)該注意幾點(diǎn)原則：
應(yīng)該根據(jù)印制板的安裝方式,把易發(fā)熱的元器件安裝在印制板的上方部位,以利于散熱；熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件
應(yīng)盡量將相互關(guān)聯(lián)的元器件擺放在起以避免因器件離得太遠(yuǎn)而造成印制線過長(zhǎng)所帶來(lái)的干擾
易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離；脈沖電流流過的區(qū)域遠(yuǎn)離輸入輸出端子，使噪聲源與出口分離
應(yīng)將輸入信號(hào)和輸出信號(hào)盡量放置在引線端口附近，以避免因耦合路徑而產(chǎn)生的干擾。
在電源適配器中,可發(fā)出電磁波的元器件有電感器,變壓器和功率器件等,通常在其周圍采用導(dǎo)電良好的金屬材料作為屏蔽,使其電磁波產(chǎn)生衰減.對(duì)抗電磁波較弱的元器件,必要的情況下也應(yīng)采取相應(yīng)的屏蔽措施.,抑制電源適配器電磁干擾的有效方法是屏蔽,就是利用導(dǎo)電良好的金屬材料對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽,用導(dǎo)磁率高的材料對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽.用電磁屏蔽的方法解決EMI問題的好處是不會(huì)影響電路的正常工作.屏蔽技術(shù)可分為對(duì)發(fā)出電磁波部位的屏蔽和易受電磁波影響的元器件的屏蔽.
開關(guān)電源電路板在工作時(shí)會(huì)向外輻射噪聲,往往信號(hào)線經(jīng)地傳遞到機(jī)殼,引起諧振,由機(jī)殼向外輻射強(qiáng)烈的輻射噪聲,這時(shí)應(yīng)做到使用多層印制電路板,以中間層作電源線或地線,將電源線密封在板內(nèi),可有效預(yù)防電路輻射和接收噪聲.其一印制電路板“滿接地”.繪制高頻電路時(shí),除盡量加粗地線外,應(yīng)把電路板沒被占用的所有面積都作為接地線,這樣可以有效降低寄生電感,減小噪聲輻射.
接地技術(shù)是開關(guān)電源抗干擾技術(shù)和電磁兼容技術(shù)的重要內(nèi)容之一,不正確的工作接地反而會(huì)增加干擾.如地環(huán)路干擾,共地線干擾等.為防止各種電路在工作中產(chǎn)生互相干擾,使之能相互兼容地工作,根據(jù)電路的性質(zhì),將工作接地分為不同的種類.
將電源適配器的交流地與直流地分開.大家都知道交流電源的零線是接地的,但由于存在接地電阻和其上流過的電流,導(dǎo)致電源的零線電位并非為大地的零電位.另外,交流電源的零線上往往存在很多干擾如果交流電源地與直流電源地不分開,將對(duì)直流電源和后續(xù)的直流電路正常工作產(chǎn)生影響.因此,在開關(guān)電源中采用把交流電源地與直流電源地分開的浮地技術(shù),可以隔離來(lái)自交流電源地線的干擾.
模擬地與數(shù)字地分開,隨著數(shù)字開關(guān)電源的開發(fā),為了抑制對(duì)數(shù)字芯片的干擾,數(shù)字芯片與模擬電路必須進(jìn)行隔離.在數(shù)字開關(guān)電源中,常用脈沖變壓器和線性光電耦合器進(jìn)行數(shù)字電路與模擬電路信號(hào)的隔離,以提高整個(gè)電路的電磁兼容性.
功率地與弱電地分開,功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線.由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的電流較強(qiáng),電壓較高,所以功率地線上的干擾較大,因此功率地必須與其他弱電地分別設(shè)置,以保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作.
電源適配器在設(shè)計(jì)的開始就注意到以上介紹的原則,合理的對(duì)電磁干擾采取抑制,就可以有效地提高開關(guān)電源的電磁兼容性解決電磁干擾的問題.電源適配器是采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù),電源適配器主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、逆變器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路組成.它的優(yōu)點(diǎn)在于體積小,功率高,重量輕,方便攜帶,效率高,自身抗干擾性強(qiáng),輸入電壓范圍寬,特別是在歐美等地區(qū)對(duì)電源能效和待機(jī)功耗要求后開關(guān)電源就凸顯出了它的居多優(yōu)點(diǎn).所以電源適配器的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛.
在電源適配器首先設(shè)計(jì)的時(shí)候注意印制板布線抗干擾的措施,印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì)不僅與布局有關(guān),而且與布線也有相當(dāng)大的關(guān)系,開關(guān)電源PCB抗干擾設(shè)計(jì)布線的原則：
相鄰電路之間不應(yīng)該有過長(zhǎng)的平行線,走線盡量避免平行,如果在設(shè)計(jì)印制電路板時(shí)平行走線無(wú)法避免,可在兩條平行的信號(hào)線之間加一條地線
盡量拉開兩條平行的信號(hào)線之間的距離,以降低兩線之間電磁場(chǎng)的影響,使兩條平行的信號(hào)線上流過的電流方向相反
電容引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線。
布線密度應(yīng)綜合結(jié)構(gòu)及電性能要求，力求簡(jiǎn)單、均勻，導(dǎo)線最小寬度和間距不小于0.3mm,條件允許可適當(dāng)加寬導(dǎo)線及間距
根據(jù)印制線路板電流的大小,盡量加粗電源線,接地線寬度,減少環(huán)路阻抗,同時(shí)使電源線,地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致
在裝配密度很高的印制電路板時(shí)，多采用多層板，可使印制導(dǎo)線的直流電阻R和自感L減小，從而減小印制導(dǎo)線的特性阻抗
在雙面板設(shè)計(jì)中，除盡量加粗電源線和地線的線條外，還應(yīng)該在電源線和地線之間留出一定的空間，以便安裝高頻特性好的去耦電容。
信號(hào)線最好集中于PCB板的中央,力求靠近地線或用地包圍它,信號(hào)線避免長(zhǎng)距離的平行線
控制回路與輸出回路分開，采用單點(diǎn)接地方式，大面積接地容易引出天線作用，建議不要采用大面積接地方式
在元器件布局是為了減少噪聲的產(chǎn)生和防止由于噪聲所引起的誤動(dòng)作,應(yīng)該注意幾點(diǎn)原則：
應(yīng)該根據(jù)印制板的安裝方式,把易發(fā)熱的元器件安裝在印制板的上方部位,以利于散熱；熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件
應(yīng)盡量將相互關(guān)聯(lián)的元器件擺放在起以避免因器件離得太遠(yuǎn)而造成印制線過長(zhǎng)所帶來(lái)的干擾
易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離；脈沖電流流過的區(qū)域遠(yuǎn)離輸入輸出端子，使噪聲源與出口分離
應(yīng)將輸入信號(hào)和輸出信號(hào)盡量放置在引線端口附近，以避免因耦合路徑而產(chǎn)生的干擾。
在電源適配器中,可發(fā)出電磁波的元器件有電感器,變壓器和功率器件等,通常在其周圍采用導(dǎo)電良好的金屬材料作為屏蔽,使其電磁波產(chǎn)生衰減.對(duì)抗電磁波較弱的元器件,必要的情況下也應(yīng)采取相應(yīng)的屏蔽措施.,抑制電源適配器電磁干擾的有效方法是屏蔽,就是利用導(dǎo)電良好的金屬材料對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽,用導(dǎo)磁率高的材料對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽.用電磁屏蔽的方法解決EMI問題的好處是不會(huì)影響電路的正常工作.屏蔽技術(shù)可分為對(duì)發(fā)出電磁波部位的屏蔽和易受電磁波影響的元器件的屏蔽.
開關(guān)電源電路板在工作時(shí)會(huì)向外輻射噪聲,往往信號(hào)線經(jīng)地傳遞到機(jī)殼,引起諧振,由機(jī)殼向外輻射強(qiáng)烈的輻射噪聲,這時(shí)應(yīng)做到使用多層印制電路板,以中間層作電源線或地線,將電源線密封在板內(nèi),可有效預(yù)防電路輻射和接收噪聲.其一印制電路板“滿接地”.繪制高頻電路時(shí),除盡量加粗地線外,應(yīng)把電路板沒被占用的所有面積都作為接地線,這樣可以有效降低寄生電感,減小噪聲輻射.
接地技術(shù)是開關(guān)電源抗干擾技術(shù)和電磁兼容技術(shù)的重要內(nèi)容之一,不正確的工作接地反而會(huì)增加干擾.如地環(huán)路干擾,共地線干擾等.為防止各種電路在工作中產(chǎn)生互相干擾,使之能相互兼容地工作,根據(jù)電路的性質(zhì),將工作接地分為不同的種類.
將電源適配器的交流地與直流地分開.大家都知道交流電源的零線是接地的,但由于存在接地電阻和其上流過的電流,導(dǎo)致電源的零線電位并非為大地的零電位.另外,交流電源的零線上往往存在很多干擾如果交流電源地與直流電源地不分開,將對(duì)直流電源和后續(xù)的直流電路正常工作產(chǎn)生影響.因此,在開關(guān)電源中采用把交流電源地與直流電源地分開的浮地技術(shù),可以隔離來(lái)自交流電源地線的干擾.
模擬地與數(shù)字地分開,隨著數(shù)字開關(guān)電源的開發(fā),為了抑制對(duì)數(shù)字芯片的干擾,數(shù)字芯片與模擬電路必須進(jìn)行隔離.在數(shù)字開關(guān)電源中,常用脈沖變壓器和線性光電耦合器進(jìn)行數(shù)字電路與模擬電路信號(hào)的隔離,以提高整個(gè)電路的電磁兼容性.
功率地與弱電地分開,功率地是負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的零電位的公共基準(zhǔn)地線.由于負(fù)載電路或功率驅(qū)動(dòng)電路的電流較強(qiáng),電壓較高,所以功率地線上的干擾較大,因此功率地必須與其他弱電地分別設(shè)置,以保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作.
電源適配器在設(shè)計(jì)的開始就注意到以上介紹的原則,合理的對(duì)電磁干擾采取抑制,就可以有效地提高開關(guān)電源的電磁兼容性解決電磁干擾的問題.電源適配器是采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù),電源適配器主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、逆變器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路組成.它的優(yōu)點(diǎn)在于體積小,功率高,重量輕,方便攜帶,效率高,自身抗干擾性強(qiáng),輸入電壓范圍寬,特別是在歐美等地區(qū)對(duì)電源能效和待機(jī)功耗要求后開關(guān)電源就凸顯出了它的居多優(yōu)點(diǎn).所以電源適配器的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛.
