EMC整改需要大量的知識儲備,其中,了解輻射和傳導干擾源尤其重要,此節主要介紹產生干擾源的DC-DC電路的工作原理。
DC-DC電路:
DC-DC是英語直流變直流的縮寫,所以DC-DC電路是直流電源轉變為不同電壓值的電路。DC-DC是開關電源技術的一個分支,開關電源技術包括AC-DC、DC-DC兩ff個分支。DC-DC電路按功能分為:
升壓變換器:將低電壓變換為高電壓的電路。
降壓變換器:將高電壓變換為低電壓的電路。
反向器:將電壓極性改變的電路,有正電源變負電源,負電源變正電源兩類。
三個主要分支,當然應用時在同一電路中會有升壓反向、降壓升壓等功能同時存在。
DC-DC變換器的基本電路有升壓變換器、降壓變換器、升降壓變換器三種。
dcdc電路原理:
降壓變換器原理圖如圖1所示,當開關閉合時,加在電感兩端的電壓為(Vi-Vo),此時電感由電壓(Vi-Vo)勵磁,電感增加的磁通為:(Vi-Vo)*Ton。
當開關斷開時,由于輸出電流的連續,二極管VD變為導通,電感削磁,電感減少的磁通為:(Vo)*Toff。
當開關閉合與開關斷開的狀態達到平衡時,(Vi-Vo)*Ton=(Vo)*Toff,由于占空比D<1,所以Vi>Vo,實現降壓功能。
圖1 BUCK
1、S,產品PWM波的關鍵器件,如果斷路,輸出電壓為0V;如果短路,輸出電壓為Vi,將燒毀負載元器件;
2、L,降壓的核心器件,如果斷路,輸出電壓0V;如果短路,輸出電壓為Vi,將燒毀負載元器件;
3、C,穩定輸出電壓的作用;
4、D,續流二極管,開關管斷開時,給L的的續流提供回路,如果斷路,輸出電壓出現尖峰,偏低等;如果短路,將損壞開關管。
原理分析:
1、開關管導通時,環路由Vi,S,L,C構成。此時負載由Vi供電,Vi同時還對電感L進行充電;
2、開關管斷開時,環路由L,C,D構成。S斷開時,由于電感L的電流不能突變,在電感兩端產生感應電壓,感應電壓繼續給負載供電,通過二極管D形成回路。
升壓變換器原理圖如圖2所示,當開關閉合時,輸入電壓加在電感上,此時電感由電壓(Vi)勵磁,電感增加的磁通為:(Vi)*Ton。
當開關斷開時,由于輸出電流的連續,二極管VD變為導通,電感削磁,電感減少的磁通為:(Vo- Vi)*Toff。當開關閉合與開關斷開的狀態達到平衡時,(Vi)*Ton=(Vo- Vi)*Toff,由于占空比D<1,所以Vi
圖2 BOOST
此拓撲結構幾乎是所有DCDC升壓電路的模型,深入理解了這個拓撲結構,對原理設計,PCB設計,EMC設 計,調試等幫助非常大,甚至達到不需要調試的境界。
原理分析:
1、開關管導通時,環路由Vi,L,S構成。此時Vi對L充電,負載由C供電;
2、開關管斷開時,環路由Vi,L,D,C構成。S斷開時,由于電感L的電流不能突變,在電感兩端產生感應電壓,感應電壓與Vi合在一起給負載供電,同時對C充電。
器件分析:
1、S,產品PWM波的關鍵器件,如果斷路,輸出電壓為Vi;如果短路,電感燒毀;
2、L,升壓的核心器件,如果斷路,輸出電壓0V;如果短路,電源將短路;
3、C,穩定輸出電壓的作用,由于S導通時,完全由C給負載供電,所以C需要的容值比較大,否則,紋波很大;
4、D,整流二極管,如果斷路,輸出電壓0V;如果短路,輸出不穩定。
原理設計分析:
分析發現,輸出電壓與PWM的占空比有關,占空比越大,開關管截止時間越長,Vi與L的感應電壓供電的時間越長,輸出電壓越高, 公式如下: Vo = Vi*(1/(1-D))。 Dmax = 0.9, Vomax = 10*Vi
PCB設計分析:
原則,使環路最小,環路越小,輻射越小。
升降壓變換器、入出極性相反原理如圖3,當開關閉合時,此時電感由電壓(Vi)勵磁,電感增加的磁通為:(Vi)*Ton;當開關斷開時,電感削磁,電感減少的磁通為:(Vo)*Toff。當開關閉合與開關斷開的狀態達到平衡時,增加的磁通等于減少的磁通,(Vi)*Ton=(Vo)*Toff,根據Ton比Toff值不同,可能Vi< Vo,也可能Vi>Vo。
圖3
綜上,可通過DCDC外部電感和二極管的接法來判斷DCDC的類型:
1>若二極管負向接SW,正向接地,且電感接SW和負載之間。則為降壓DCDC。
2>若電感接電源和SW之間,二極管正向接SW,負向接負載。則為升壓DCDC。
3>若電感接SW和地之間,二極管負向接SW,正向接負載。則為升降壓DCDC。
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