EMC整改需要大量的知識儲備,其中,了解輻射和傳導(dǎo)干擾源尤其重要,此節(jié)主要介紹產(chǎn)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(zhuǎn)變?yōu)椴煌妷褐档碾娐贰C-DC是開關(guān)電源技術(shù)的一個分支,開關(guān)電源技術(shù)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(fù)電源,負(fù)電源變正電源兩類。
三個主要分支,當(dāng)然應(yīng)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(dāng)開關(guān)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(dāng)開關(guān)斷開時,由于輸出電流的連續(xù),二極管VD變?yōu)閷?dǎo)通,電感削磁,電感減少的磁通為:(Vo)*Toff。
當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時,(Vi-Vo)*Ton=(Vo)*Toff,由于占空比D<1,所以Vi>Vo,實(shí)現(xiàn)降壓功能。
圖1 BUCK
1、S,產(chǎn)品PWM波的關(guān)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(fù)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(fù)載元器件;
3、C,穩(wěn)定輸出電壓的作用;
4、D,續(xù)流二極管,開關(guān)管斷開時,給L的的續(xù)流提供回路,如果斷路,輸出電壓出現(xiàn)尖峰,偏低等;如果短路,將損壞開關(guān)管。
原理分析:
1、開關(guān)管導(dǎo)通時,環(huán)路由Vi,S,L,C構(gòu)成。此時負(fù)載由Vi供電,Vi同時還對電感L進(jìn)行充電;
2、開關(guān)管斷開時,環(huán)路由L,C,D構(gòu)成。S斷開時,由于電感L的電流不能突變,在電感兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓,感應(yīng)電壓繼續(xù)給負(fù)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(dāng)開關(guān)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(dāng)開關(guān)斷開時,由于輸出電流的連續(xù),二極管VD變?yōu)閷?dǎo)通,電感削磁,電感減少的磁通為:(Vo- Vi)*Toff。當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時,(Vi)*Ton=(Vo- Vi)*Toff,由于占空比D<1,所以Vi
圖2 BOOST
此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)幾乎是所有DCDC升壓電路的模型,深入理解了這個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),對原理設(shè)計,PCB設(shè)計,EMC設(shè) 計,調(diào)試等幫助非常大,甚至達(dá)到不需要調(diào)試的境界。
原理分析:
1、開關(guān)管導(dǎo)通時,環(huán)路由Vi,L,S構(gòu)成。此時Vi對L充電,負(fù)載由C供電;
2、開關(guān)管斷開時,環(huán)路由Vi,L,D,C構(gòu)成。S斷開時,由于電感L的電流不能突變,在電感兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓,感應(yīng)電壓與Vi合在一起給負(fù)載供電,同時對C充電。
器件分析:
1、S,產(chǎn)品PWM波的關(guān)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(wěn)定輸出電壓的作用,由于S導(dǎo)通時,完全由C給負(fù)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(wěn)定。
原理設(shè)計分析:
分析發(fā)現(xiàn),輸出電壓與PWM的占空比有關(guān),占空比越大,開關(guān)管截止時間越長,Vi與L的感應(yīng)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(shè)計分析:
原則,使環(huán)路最小,環(huán)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(dāng)開關(guān)閉合時,此時電感由電壓(Vi)勵磁,電感增加的磁通為:(Vi)*Ton;當(dāng)開關(guān)斷開時,電感削磁,電感減少的磁通為:(Vo)*Toff。當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時,增加的磁通等于減少的磁通,(Vi)*Ton=(Vo)*Toff,根據(jù)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(fù)向接SW,正向接地,且電感接SW和負(fù)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(fù)向接負(fù)載。則為升壓DCDC。
3>若電感接SW和地之間,二極管負(fù)向接SW,正向接負(fù)載。則為升降壓DCDC。
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