開關(guān)電源印制板EMC輔助設(shè)計的軟件方法

      減小電子設(shè)備的EMI,印制板(PCB)的設(shè)計是個關(guān)鍵?一種好的布線方案可以在不修改電路拓?fù)浜驮黾尤魏卧那闆r下降低干擾?

      但目前PCB的設(shè)計在大多數(shù)情況下只是一種依賴于經(jīng)驗的嘗試性設(shè)計過程,國外稱之為“trial8. error”設(shè)計方法,帶有很大的盲目性PCB上主要的干擾耦合方式是傳導(dǎo)干擾和近場干擾(包括電場干擾和磁場干擾)?它們常常可以用雜散電阻?電容?電感來表示?PCB的設(shè)計目標(biāo)之一就是設(shè)法降低這些雜散參數(shù),減小印制電路之間不必要的干擾耦合?

      許多文獻(xiàn)都列舉了一些減少印制電路間雜散參數(shù)的方法,但這些方法往往過于籠統(tǒng),實際應(yīng)用中很大程度上還是依賴于經(jīng)驗?目前也有使用數(shù)值技術(shù)來提取PCB雜散參數(shù)?建立仿真模型的輔助設(shè)計軟件包?雖然仿真結(jié)果能與測量結(jié)果較好吻合,但這類方法本質(zhì)上是把tril8. error設(shè)計方法從硬件平臺移植到軟件平臺上,并不能指導(dǎo)如何布線以減小線路間的雜散參數(shù)?

     畢竟這些方法都是從集中電路的角度去分析干擾的,而EMI本質(zhì)上是個場的問題,故仍有相當(dāng)?shù)木窒扌?

     電場耦合是由位移電流干擾引起的,變化的電場將產(chǎn)生位移電流,其中位移電流密度(x,y,z,t)和電位移密度(x,y,z,t)都是空間和時間的函數(shù)?根據(jù)經(jīng)驗,絕大多數(shù)電源適配器產(chǎn)生的干擾都集中在200MHIz以下,頻率在200MHz以上的干擾的幅值已經(jīng)很小了?而大多數(shù)PCB的幾何尺寸都遠(yuǎn)小于200MHz電磁波的波長,可做準(zhǔn)靜態(tài)場近似?在此條件下,場量可寫成相互獨立的空間量和時間量的乘積?其中g(shù)(x,y,z)是空間任意一點(x,y,z)電位g(x,y,z,t)的空間分量,g(r)是該點電位的時間分量?(x,y,z)是該點位移電流密度(x,y,z,t)的空間分量?

     在準(zhǔn)靜態(tài)場條件下,這些空間量和時間量之間是相互獨立的?要減小印制電路間的電場干擾,可以通過降低時間分量和空間分量來實現(xiàn)?延長開關(guān)器件的導(dǎo)通/關(guān)斷時間,但這樣會增大開關(guān)損耗,降低效率?另一個方法是減小(x,y,之),可以通過選擇合適的布線方案,把敏感電路放在較小的地方來實現(xiàn)?

     對電源適配器來說,干擾源主要集中在與開關(guān)器件相連?電壓變化率dv/dt相對較大的幾根導(dǎo)線上?選擇合適的布線方案,首先要計算出干擾源的干擾強(qiáng)度分布圖?根據(jù)分布的情況,把敏感電路放在較小的地方,可以減小其受干擾的程度,這是用“場”的方法來布線的基本思想?

      印制導(dǎo)線間的干擾耦合水平不完全由相互位置決定,與導(dǎo)線的大小?形狀也有關(guān)系?為了能夠綜合評價敏感導(dǎo)線與干擾導(dǎo)線之間的耦合程度,提出了一種新的評價參數(shù)一耦合系數(shù)( Coupling Index),其基本思想是把敏感導(dǎo)線細(xì)分為n個網(wǎng)格,是第n個網(wǎng)格的位移電流密度的大小,△A(n)是第n個網(wǎng)格的面積?

      把所有網(wǎng)格的位移電流密度與△A(n)的乘積相加之和作為耦合系數(shù)評價敏感導(dǎo)線與干擾導(dǎo)線之間的耦合程度?與電容的計算相比,耦合系數(shù)的計算非常簡單,可以根據(jù)實時的耦合系數(shù)計算結(jié)果及時調(diào)整布線方案,改進(jìn)設(shè)計?而不用等整塊PCB設(shè)計完成,再用軟件包提取雜散參數(shù)以建立仿真模型,輸入仿真軟件包,如仿真結(jié)果不行再回頭修改設(shè)計。

      表6-5列出了9種不同的布線設(shè)計,分別給出了相圖6-18耦合系數(shù)與電容的關(guān)系應(yīng)的耦合系數(shù)和電容值計算結(jié)果?比較這些結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),印制導(dǎo)線的大小?形狀和相對位置都會影響它們之間的耦合系數(shù)和電容值?為了更清楚地反映兩者的關(guān)系,把耦合系數(shù)和電容值繪入同一張圖中并進(jìn)行線性回歸分析,如圖6-18所示?其相關(guān)系數(shù)為0.98,表明耦合系數(shù)能夠很好地反映導(dǎo)線間的耦合程度?依據(jù)耦合系數(shù)進(jìn)行布線是可行的?