西門子6ES7 361-3CA01-0AA0接口模塊

西門子6ES7 361-3CA01-0AA0接口模塊

盡管本文所討論的原理適用于廣泛的電源設計，但我們在此只關注直流到直流的轉換器，因為它的應用相當廣泛，幾乎每一位硬件工程師都會接觸到與它相關的工作，說不定什么時候就必須設計一個電源轉換器。本文中我們將考慮與低電磁干擾設計相關的兩種常見的折中方案;熱性能、電磁干擾以及與PCB布局和電磁干擾相關的方案尺寸等。文中我們將使用一個簡單的降壓轉換器做例子，如圖1所示。
福建石屹科技有限公司 李工180-6095加8542

在頻域內測量輻射和傳導電磁干擾，這就是對已知波形做傅里葉級數展開，本文中我們著重考慮輻射電磁干擾性能。在同步降壓轉換器中，引起電磁干擾的主要開關波形是由Q1和Q2產生的，也就是每個場效應管在其各自導通周期內從漏極到源極的電流di/dt。圖2所示的電流波形(Q和Q2on)不是很規則的梯形，但是我們的操作自由度也就更大，因為導體電流的過渡相對較慢，所以可以應用Henry Ott經典著作《電子系統中的噪聲降低技術》中的公式1。我們發現，對于一個類似的波形，其上升和下降時間會直接影響諧波振幅或傅里葉系數(In)。
 
其中，n是諧波級次，T是周期，I是波形的峰值電流強度，d是占空比，而tr是tr或tf的 值。

在實際應用中，極有可能會同時遇到奇次和偶次諧波發射。如果只產生奇次諧波，那么波形的占空比必須精確為50%。而實際情況中極少有這樣的占空比精度。

諧波系列的電磁干擾幅度受Q1和Q2的通斷影響。在測量漏源電壓VDS的上升時間tr和下降時間tf，或流經Q1和Q2的電流上升率di/dt 時，可以很明顯看到這一點。這也表示，我們可以很簡單地通過減緩Q1或Q2的通斷速度來降低電磁干擾水平。事實正是如此，延長開關時間的確對頻率高于 f=1/πtr的諧波有很大影響。不過，此時必須在增加散熱和降低損耗間進行折中。盡管如此，對這些參數加以控制仍是一個好方法，它有助于在電磁干擾和熱性能間取得平衡。具體可以通過增加一個小阻值電阻(通常小于5Ω)實現，該電阻與Q1和Q2的柵極串聯即可控制tr和tf，你也可以給柵極電阻串聯一個 “關斷二極管”來獨立控制過渡時間tr或tf(見圖3)。這其實是一個迭代過程，甚至連經驗 富的電源設計人員都使用這種方法。我們的 目標是通過放慢晶體管的通斷速度，使電磁干擾降低至可接受的水平，同時保證其溫度足夠低以確保穩定性。
 

開關節點的物理回路面積對于控制電磁干擾也非常重要。通常，出于PCB面積的考慮，設計者都希望結構越緊湊越好，但是許多設計人員并不知道哪部分布局對電磁干擾的影響  。回到之前的降壓穩壓器例子上，該例中有兩個回路節點(如圖4和圖5所示)，它們的尺寸會直接影響到電磁干擾水平。
 

Ott關于不同模式電磁干擾水平的公式(2)示意了回路面積對電路電磁干擾水平產生的直接線性影響。

E=263×10-16(f2AI)(1/r) (2)

輻射場正比于下列參數：涉及的諧波頻率(f，單位Hz)、回路面積(A，單位m2)、電流(I)和測量距離(r，單位m)。

此概念可以推廣到所有利用梯形波形進行電路設計的場合，不過本文僅討論電源設計。參考圖4中的交流模型，研究其回路電流流動情況：起點為輸入電容器，然后在Q1導通期間流向Q1，再通過L1進入輸出電容器， 返回輸入電容器中。

當Q1關斷、Q2導通時，就形成了第二個回路。之后存儲在L1內的能量流經輸出電容器和Q2，如圖5所示。這些回路面積控制對于降低電磁干擾是很重要的，在PCB走線布線時就要預先考慮清器件的布局問題。當然，回路面積能做到多小也是有實際限制的。