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基于移相控制的多路输出降压变换器提升EMI性能的PCB布局优化

编辑:官网首页 来源:官网首页 创发布时间:2021-09-04阅读95266次
  本文摘要:电源设计工程师一般来说在汽车系统中用于一些DC/DC升压变换器来为多个电源轨获取反对。

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电源设计工程师一般来说在汽车系统中用于一些DC/DC升压变换器来为多个电源轨获取反对。然而,在自由选择这些类型的升压转换器时必须考虑到几个因素。

例如,一方面必须为汽车信息娱乐系统/主机单元自由选择低电源频率DC/DC变换器(工作频率低于2MHz),以防止阻碍无线电AM频段;另一方面,还必须通过自由选择比较较小的电感器来增大解决方案尺寸。此外,低电源频率DC/DC升压变换器还可以协助增加输出电流纹波,从而优化输出电磁干扰(EMI)滤波器的尺寸。然而,对于正在尝试创立最新汽车系统的大型汽车完整设计制造商(ODM)来说,合乎所拒绝的EMI标准至关重要。这些拒绝十分严苛,制造商必需遵从诸多标准,如国际无线电阻碍尤其委员会(CISPR)25标准。

在很多情况下,如果制造商不符合标准,汽车制造商就无法拒绝接受适当的设计。因此,对于DC/DC升压转换器的EMI性能提高,PCB布局至关重要。而要取得较好的EMI性能,优化大电流功率电路,增大宿主参数对于环路的影响是关键。

以LMR14030-Q1包含的两路输入升压转换器DC/DC升压变换器为事例,如图1和图2右图的两种有所不同的印刷电路板(PCB)布局。红线表明的是功率电路在布局中的流动方式。

图1中功率电路的流动方向呈圆形U型,而图2中的流动方向呈圆形I型。这两种布局是汽车和工业应用于系统中最少见的布局。那么,哪一种布局更佳呢?图1:U型布局图2:I型布局传导EMI被分成差模和共模两种类型,差模噪声源自电流变化率(di/dt),而共模噪声则源于电压变化率(dv/dt)。

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而无论是di/dt还是dv/dt,EMI性能的关键点在于如何尽可能增大宿主电感。图3是升压变换器的等效电路。大多数设计人员都告诉如何尽可能增大高频电路中Lp1、Lp3、Lp4和Lp5的宿主电感,但忽视了Lp2和Lp6。

对于两种有所不同的布局U型和I型,U型布局的Lp2和Lp6上的宿主电感相比于I型布局更加小。在U型布局中,增大电源管Q1导通时的功率电路也将有助提升EMI性能。图3:升压变换器等效电路为了检验最佳布局,测量EMI数据变得至关重要。图4和图5对一个两路输入的变换器传导EMI展开了对比。

同时,该电路使用后移互为掌控,增大输出电流纹波,从而优化输出滤波器。从测试结果可以显现出,U型布局的EMI性能高于I型布局的EMI性能,特别是在是在高频的部分。

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图4:后移互为掌控下的U型EMI性能图5:后移互为掌控下的I型EMI性能重新加入EMI滤波器可以有效地提升EMI性能。图6右图为一款简化版EMI滤波器,其中还包括一个共模(CM)滤波器和一个差模(DM)滤波器。一般来说,差模滤波器的噪声大于30MHz,共模滤波器的噪声范围为30MHz至100MHz。

两个滤波器都会影响EMI必须容许的整个频段。图7和图8分别对具有共模滤波器和差模滤波器的传导性EMI展开了对比。

U型布局可以合乎CISPR253类标准,而I型布局则不合乎。图6:修改的EMI滤波器图7:使用差模和共模滤波器的U型布局的EMI性能图8:使用差模和共模滤波器的I型布局的EMI性能本文较为了移互为掌控下的双路输入升压变换器两种有所不同的PCB布局,可以显现出,U型布局的EMI性能高于I型布局。


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