隔離式DC/DC變換器的電磁兼容設計

(1)雙絞線(xiàn)、同軸電纜都能有效地抑制電磁干擾在脈沖信號傳輸線(xiàn)路中常使用雙絞線(xiàn)，控制輔助電源線(xiàn)和傳感器信號線(xiàn)最好用雙絞屏蔽線(xiàn)。因為雙絞線(xiàn)兩根線(xiàn)之間有很小的回路面積，而且雙絞線(xiàn)的每?jì)蓚€(gè)相鄰的回路上感應出的電流具有大小相等、方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，這樣就可以減小因輻射引起的差模干擾，不過(guò)雙絞線(xiàn)絞合的圈數最好為偶數，且每單位波長(cháng)所絞合的圈數愈多，消除耦合的效果愈好。使用時(shí)注意雙絞線(xiàn)和同軸電纜兩端不能同時(shí)接地，只能單端接地，而對屏蔽線(xiàn)，屏蔽層兩端接地能既能屏蔽電場(chǎng)還能屏蔽磁場(chǎng)，單端接地只能屏蔽電場(chǎng)。使用同軸電纜時(shí)還要注意，其屏蔽層必須完全包覆信號線(xiàn)接地，即接頭與電纜屏蔽層必須360°搭接，才能有效屏蔽電磁場(chǎng)，如圖8所示，信號線(xiàn)裸露部分仍可以與外界形成互容耦合，降低屏蔽效能。

(2)帶狀電纜適合于短距離的信號傳輸為了降低差模信號的電磁輻射，必須減小信號線(xiàn)和信號回流線(xiàn)所形成的回路面積，因此，在設計帶狀電纜布局時(shí)，最好將信號線(xiàn)與接地線(xiàn)間隔排列。如圖9所示，其中S為信號線(xiàn)，G為信號地線(xiàn)。

3.9元器件的選擇

熱傳播的方式有三種，即傳導、對流和輻射。熱輻射是以電磁波的形式向空間傳播的，熱傳導也會(huì )向周?chē)渌骷鲗崃?，這些都會(huì )影響其它元器件或電路的正常工作，因此，從元器件熱設計方面考慮要盡量留有較大余量，以降低元器件的溫升及器件表面的溫度，除元器件對溫升有特殊要求外，一般開(kāi)關(guān)電源要求內部元器件溫度小于90℃，內部環(huán)境溫度不超過(guò)65℃，以減少熱輻射干擾。

對數字集成電路，從電磁兼容性角度看，應多選用高噪聲容限的CMOS器件代替低噪聲容限的TTL器件。

盡量使用低速、窄帶元器件和電路。

選用分布電感較小的表面貼裝元器件(SMD)，選用高頻特性好、等效串聯(lián)電感低的陶瓷介質(zhì)電容器、高頻無(wú)感電容器、三端電容器和穿心電容器等作濾波電容。

3.10控制電路及PCB的電磁兼容設計

信號地是指信號電流流回信號源的一條低阻抗路徑。在設計中往往由于接地方法不恰當而產(chǎn)生地環(huán)路干擾和公共阻抗耦合干擾。因此，要合理選用接地方式，接地的方式有單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。

1)地環(huán)路干擾常發(fā)生在通過(guò)較長(cháng)電纜連接，地相距較遠的設備之問(wèn)。原因是由于地環(huán)路電流的存在，使兩個(gè)設備的地電位不同。通常用光電耦合器或隔離變壓器進(jìn)行“地”隔離，消除地環(huán)路干擾。由于隔離變壓器繞組之間寄生電容較大，即使采取屏蔽措施的隔離變壓器通常也只用于1MHz以下的信號隔離，超過(guò)lMHz時(shí)多采用光電耦合器隔離。

2)公共阻抗耦合當兩個(gè)電路的地電流流過(guò)一個(gè)公共阻抗時(shí)，就會(huì )發(fā)生公共阻抗耦合。由于地線(xiàn)是信號回流線(xiàn)，一個(gè)電路的工作狀態(tài)必然會(huì )影響地線(xiàn)電壓，當兩個(gè)電路共用一段地線(xiàn)時(shí)，地線(xiàn)的電壓就會(huì )同時(shí)受到兩個(gè)電路工作狀態(tài)的影響?？梢?jiàn)無(wú)論是地環(huán)路干擾還是公共阻抗耦合問(wèn)題都是由于地線(xiàn)阻抗引起的，因此，在設計時(shí)一定要考慮盡量降低地線(xiàn)阻抗與感抗。

3)減小控制電源噪聲電源線(xiàn)上有電流突變，就會(huì )產(chǎn)生噪聲電壓。在靠近芯片的位置增加解耦電容，能有效減小噪聲。如果是高頻電流負載，則采用多個(gè)同容量的高頻電容和無(wú)感電容并聯(lián)能獲得更好的效果。注意電容容量并非越大越好，主要根據其諧振頻率、提供脈沖電流頻率來(lái)選擇。

4)印制板的合理布線(xiàn)印制板合理地布置地線(xiàn)將能有效地減小印制板的輻射以及提高其抗輻射干擾能力，請注意以下幾條。

布置地線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，即在雙面板的兩面布置最多的平行地線(xiàn)。

對于一些關(guān)鍵信號(如脈沖信號和對外界較敏感的電平信號)的地線(xiàn)的布置必須盡量縮小引線(xiàn)長(cháng)度，減小信號的回流面積，如果是雙面板，地線(xiàn)和信號線(xiàn)可以在印制板兩面并聯(lián)平行走線(xiàn)。

若是多層線(xiàn)路板，且既有數字地又有模擬地，則數字地和模擬地必須布置在同一層，減小它們之間的耦合干擾。

在實(shí)際電路中常發(fā)生公共阻抗耦合，因此，要根據實(shí)際情況選擇正確的接地方式。

3.11其他方法

1)給IGBT、MOSFET等開(kāi)關(guān)器件的驅動(dòng)信號增加一個(gè)-5V~-10V的負電平，可提高驅動(dòng)信號的抗干擾能力，或驅動(dòng)信號采用光纖傳輸，光纖適宜于遠距離傳輸，具有抗干擾能力強的特點(diǎn)。

2)為了防止電平信號中的毛刺，引起軟件的誤判斷及誤動(dòng)作，可以通過(guò)多次采樣等數字濾波技術(shù)來(lái)濾除干擾信號。

4結語(yǔ)

本文詳細分析了隔離式DC/DC變換器存在的電磁干擾源及其產(chǎn)生機理，并詳細介紹了針對其主電路和控制電路的電磁兼容設計方法，這些方法對其它電子產(chǎn)品的電磁兼容設計具有一定的參考價(jià)值。