新闻

板载DCDC转换器的电磁兼容性(EMC)和电磁干扰(

作者:威廉官网 发布时间:2021-01-20 21:37 点击数:

  正确后,它会产生符合所有应用的经济高效的解决方案。错误选择转换器会导致成本过高,或者不适合该应用。本常见问题解答将介绍板载DC/DC转换器的主要规格,以及包括热管理和电磁兼容性考虑因素。

  效率通常是DC/DC转换器最重要的规格,它对系统设计的许多方面都具有重大影响。即使在高效率的设计中,效率的提高也会产生重大影响。效率为95%的设计热损耗为5%,效率为80%的DC/DC转换器热损耗为20%,相差四倍。这种差异会影响系统设计的许多方面:

  5VDC/1A输出的DC/DC转换器在各种输入电压下的效率曲线。图片:RECOM

  效率可以通过多种方式体现,例如在各种输入电压电平,各种输出功率电平等情况下的典型值(非常常见),保证的最小值。并且,在所考虑的范围内,效率通常不是平坦的。对于输出功率与效率的关系,重要的是要考虑效率曲线的形状,并将其与系统的预期运行状态相匹配,以在实际运行条件下最大化效率。

  在许多应用中,尤其是电池供电的设备,空载功耗可能是重要的指标,它与的功耗有关,是整体效率的限制因素。

  额定输出电流是一个简单明了的规格。某些DC/DC转换器还规定了最小负载。根据转换器的不同,低于最小负载的运行会对电压调节产生负面影响,但不会损坏转换器。输出电压是要指定的更复杂的参数。提供用于指定输出电压的起点的两个因素是标称值或“设定点”,以及该标称值与各种独立参数(例如输出负载的变化,输入电压的变化和工作温度变化。)

  设定值规格的一个例子是在额定输入电压,满载和25°C下为±1%。电源和负载调整率通常指定为百分比或绝对范围,例如,±0.1%或±5mV。温度调节通常指定为“每摄氏度”,例如±0.01%/°C或百万分之一(PPM),如PPM/°C所示。一些DC/DC转换器供应商提供了针对所有可能变化的“总调节”的单一规范,而不是提供上面概述的各个规范。对于低于3V的电压,详细规定输出电压调节可能更为重要。

  在典型应用中,与输出负载水平相比,在系统运行期间,线路输入电压和工作温度变化相对较小。结果,负载调节是更关键的规格。另外,由于输出负载中阶跃函数的变化而产生动态电压调节(有时称为瞬态响应)。

  对于许多系统,动态调节比静态电压调节更为关键。在指定动态调节时,有必要对负载的绝对变化,变化率,“恢复”的定义以及达到恢复的时间进行量化。例如:“负载变化为25%至75%,dI/dt为0.1A/µs,最大偏差为3%,并在200ms内恢复到设定值的1%。”输出电压将在电流增加时减小,而在电流减小时增加。

  输出电压动态调节,显示瞬态响应偏差和恢复时间。(图片:KeysightTechnologies)

  动态响应既是系统设计的考虑因素,也是电源设计的考虑因素。配电网络的阻抗和去耦设计对动态调节具有重大影响。对于板上安装的DC/DC转换器,为FPGA和微处理器等大型数字IC供电时,动态调节尤其重要。

  开关DC/DC转换器的输出包含低频(纹波)和高频(噪声)分量,通常以0至20或50MHz的峰峰值表示。对于5V输出,纹波和噪声的典型规格峰峰值为75mV。纹波的频率与转换器的开关频率有关。噪声的可变性更大,并且是由开关模式转换器工作中固有的高dI/dt寄生电感振铃引起的。噪声在开关转换期间突然出现,并叠加在较低的频率纹波上。使用板载DC/DC转换器时电磁兼容性需要详细考虑。

  过流保护旨在保护转换器免受系统故障(例如短路)的影响。有三种常见的方法来实现限流保护,最大限流,折返限流和打嗝限流。在最大电流限制中,负载电流被限制在不超过最大值的范围内。当达到该值时,输出电压下降。在电流限制阶段,DC/DC转换器中的功耗通常比正常操作中的功耗高。折返电流限制可在检测到故障时降低输出电流。与最大电流限制相比,这可以实现较低的最大功耗。但是,折返电流限制可能会在启动时提供较少的电流。结果,如果启动期间的负载电流大于折返电流极限支持的值,则输出的上升速度会变慢,否则转换器可能无法启动。

  当电流检测电路在打嗝电流限制中发现过电流情况时,DC/DC转换器将关闭一段时间,然后尝试再次启动。如果消除了过载条件,转换器将启动并正常运行;否则,控制器将认为是另一种过电流情况并关闭,重复该循环。打嗝操作消除了其他两种过流保护方法的缺点。但是,由于需要定时电路,因此更加复杂。

  打嗝电流限制比最大电流限制或折返电流限制更为复杂。带有打ic保护功能的转换器每次尝试重新启动时都会发出“滴答”声。图片:RECOM

  通常,将转换器故障导致的输出过压条件钳位在特定水平。装置通常在短路状态下发生故障,从而防止损坏主机系统。某些DC/DC转换器还具有欠压锁定功能,可在低输入电压下将其关闭。转换器在“掉电模式”下工作,在该模式下,输出功率受限,以防止过多的输入电流流入。

  在特定应用中,许多附加规范可能很重要,例如用于转换器配置和监视的PMBus通信功能。远程开关功能可控制多个转换器的上电和断电顺序或出于安全原因选择远程,遥感功能对某些应用可能很重要。

  大多数板上安装的DC/DC转换器是非隔离的降压转换器。不过,有时还是需要隔离转换器,并且需要指定隔离电压的水平。隔离电容也很重要,主要是隔离式转换器中变压器初级绕组和次级绕组之间的寄生耦合。

  电磁兼容性(EMC)和电磁干扰(EMI)是影响电源系统设计的系统级考虑,尤其是在分布式电源架构(DPA)中使用多个板载DC/DC转换器的情况下。EMC/EMI是一个多方面的考虑因素,其中包括转换器的输入和输出的差模和共模噪声,辐射噪声和传导噪声以及转换器的磁化率和发射水平。

  EMC被定义为即使在给定范围内遭受各种EMI形式影响,设备仍可按规定运行的能力。板上安装的DC/DC转换器可能是很大的EMI源,必须对其进行控制以确保系统正常运行。而且它还容易受到干扰,特别是在输入侧。

  高频板上安装的DC/DC转换器需要选择转换器中磁性元件的尺寸最小化,从而减小了整体解决方案。使用较小的无源器件可以使设计紧凑的电路更为简单,从而获得更好的EMC/EMI特性。

  但是,高频也会导致转换器中电源开关电路的EMI增加。原因之一是陡峭的MOSFET开关沿导致较高的dI/dt(取决于上升时间,其频率高达几百MHz),这受MOSFET输出电容,结电容,肖特基二极管的反向恢复电容等因素。

  如上所述,EMI可以通过传导,辐射或耦合发射的形式出现。根据应用和系统设计,在DPA中使用多个板上安装的降压DC/DC转换器时,每种EMI产生方式都可能成为一个重大问题。

  传导发射是通过导线,电路板走线等带入电子系统的有害电磁能量。它可以采取共模或差模(也称为正常模式)能量的形式。

  有两种类型的EMC标准,基本和与通用/产品相关。像IEC61000-4和CISPR16一样,基本EMC标准也没有规定发射限值或抗扰度测试等级。它们指定如何执行测量。通用EMC标准和产品(系列)EMC标准(例如CISPR/EN55022/32和FCC)指定了限制和测试级别,有关测试设置和方法规范,请参阅BasicEMC出版物。

  IT和多媒体设备的设计者必须在适用的150kHz至30MHz频率范围内使用准峰值和平均信号检测器来满足传导发射的EN55022/32A类和B类限制。必须同时满足准峰值和均值限制。专为北美市场设计的产品必须符合FCC15规定的等效限制。B类设置的传导排放限值与CISPR22和EN55022/32中的限值相同。

  CISPR1‐6基本EMC标准包括四个部分:CISPR16-1有六个子部分,并指定了电压,电流和现场测量设备以及测试地点。这些包括测量设备的校准和验证。CISPR16-2有五个子部分,规定了测量高频EMC现象,应对干扰和抗扰度的方法。CISPR16-3是IEC技术报告(TR),其中包含特定的技术报告和有关CISPR历史的信息。CISPR16-4包括五个子部分,其中包含与不确定性,统计数据和极限建模有关的信息。

  控制EMI很重要,原因有二:不符合上述EMI标准的系统在许多市场都被禁止,并且EMI过多会降低系统性能。EMI是一个多维问题,有几种途径控制EMI。如果使用可靠供应商提供的板装DC/DC转换器,通常不会出现辐射发射和耦合发射问题。但是,转换器的输入端需要注意以最小化转换器的传导发射连接到电源总线上,并处理可能对电源总线的瞬变敏感影响转换器性能的可能性。一些一般的注意事项包括:

  电路设计:保持电流环路较小,以最大程度地减少导体通过感应或辐射耦合能量的能力,并设计适当的电容器和设计中的其他组件以最大程度地减少耦合。此外,使用将频率展频与开关频率抖动相结合的板上安装式DC/DC转换器,可以通过允许在任何一个相当长的时间内保持在任何一个频率上发射,从而有效地降低EMI。

  采用2x2板载封装的六侧屏蔽60W隔离式DC/DC转换器。图片:RECOM

  过滤器:将过滤器尽可能靠近转换器。旁路电容引线应尽可能短。在典型的板装降压DC/DC转换器应用中,输入滤波通常是最关键的。功率MOSFET与输出之间有一个电感,至少在某种程度上减轻了EMI。但是,输入侧的EMI会在整个系统中传播,因为它将由主电源总线承载。尽管输入侧最为关键,但在考虑EMI时忽略输出侧并非明智之举。对于板上安装的DC/DC转换器供应商,通常在数据表中列出满足特定EMC/EMI标准所需的外部组件。

  屏蔽:有一个经验法则,当频率低于200MHz时,接地可能是可行的解决方案,但是当频率高于200MHz时,它会产生辐射,最好的解决方案就是屏蔽。对于电信,过程控制,广播,工业以及测试和测量设备等应用,通常建议使用带有六面金属屏蔽的板装式DC/DC转换器来最大化EMC/EMI性能。

  归根结底,EMC/EMI是系统级问题。优化板载DC/DC转换器的EMC/EMI性能是一个重要的考虑因素,但是其他系统元素通常对EMC/EMI性能更重要。

  应主办方捷配邀请,雷卯电子高级工程师在12月19日在直播平台对电子产品电磁兼容关于静电浪涌做了直播分....

  Dong Wang ADI公司 高效率、低EMI降压型稳压器广泛见诸于汽车、工业、医疗和电信环境....

  ADIsimPower 提供稳定 可靠的、可定制 DC-DC 转换器设计

  作者:Matt Kessler 简介 无论是新手还是专家,DC-DC 转换器设计人员都会面临海量的电....

  活动主题 【主题】 《探讨噪声源的EMC诊断技术—棒状天线 【报名】....

  有限且不断缩小的电路板空间、紧张的设计周期以及严格的电磁干扰(EMI)规范(例如 CISPR 32 和 CISPR 25)这些限制因...

  对应静电来讲,谈的最多的是HBM的8kV和IEC标准的8kV,两者绝不能等同,因为根据曲线和电流测试....

  从静电放电波形分析,其上升沿时间为0.7ns到1ns,根据傅里叶变换可知其频谱宽度能达到300MHZ....

  责任编辑:xj 原文标题:3C认证中对产品的电磁兼容性的要求 文章出处:【微信公众号:电磁兼容之....

  责任编辑:xj 原文标题:静电试验 FAQ 集,emc-ESD 常见问题解答 文章出处:【微信公....

  近日,国家新能源汽车质量监督检验中心(湖南)(以下简称“中心”)筹建论证在湖南机动车检测技术有限....

  2020年12月17日至18日,中国合格评定国家认可委员会(CNAS)电磁兼容专业委员会年会在苏....

  Electromagnetic compatibility,电磁兼容性,电磁兼容性是指设备或系统的功....

  《EMC电磁兼容设计与测试案例分析(第2版)》以EMC:案例分析为主线,通过案例描述、分析来介绍产....

  本书介绍了电磁兼容的基本知识,并提供了电磁干扰源、电磁兼容/电磁干扰测量、控制电磁干扰的技术工艺、计....

  导读 由于日常与硬件开发/互连等人员合作的过程中,他们经常问及EMC与SI的问题,且时常发生因电磁兼....

  我们把提供给信号线回路电流的媒介称作参考平面。在实际系统中,参考平面可以用VCC,也可以用GND,重....

  电缆组件广泛的应用于各种工业应用中,且这些应用会产生电噪声,而产生的电噪声则可能导致电缆组件中的电磁....

  电磁干扰的三要素是干扰源、干扰传输途径、干扰接收器(敏感信号或设备)。EMC就围绕这些问题进行研究。....

  本榜单汇总了2020年回复数最多的提问帖,看看是否也是你在学习路上经常遇到的难题,每个帖子都有推荐理由,希望这个榜单能给每位...

  随着汽车电控技术的不断发展,汽车电子设备数量大大增加,工作频率逐渐提高,功率逐渐增大,使得汽车工作环....

  Vacon NXL 是一种紧凑型变频器,输出功率从 220W 到 30kW。NXL 适于 HVAC(....

  Demystifying EMC 2021将于线年,第七届Demystifying EMC会议将首次向全球参会者开放,在罗德与施瓦茨的数字化....

  电源适配器(Power adapter)是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备,一般由外壳....

  OI-18G双脊喇叭天线,具有极宽的频率带宽、高增益和良好的VSWR特性。频率范围覆盖1GHz~18....

  集成隔离式DC-DC转换器的出现,提供了一个紧凑、易用的解决方案,并具有文档化的安全认证,使得上述诸....

  当你遇到产品EMC问题而没有解决问题的思绪时,有经验的老员工常会问你两个问题:搞清楚噪声源是什么了吗....

  责任编辑:xj 原文标题:电磁兼容试验场所及常用仪器 文章出处:【微信公众号:电磁兼容之家】欢迎....

  电磁兼容(Electromagnetic Compatibility , EMC) 其定义为“设备和....

  波音卫星使用 Vicor 抗辐射电源模块支持抵抗 50 千拉德电离子辐射,具有抗单粒子干扰(sing....

  LVDS器件是近年来National Semiconductor公司发展的一种高速传输芯片,它的传输....

  设计具有良好EMC性能的电路的关键要素之一是PCB设计。好的PCB设计可使电路板在其EMC性能方面表....

  任何注入到系统中的电流最终都要回到源端。因此,信号不仅仅是在信号线上传播,同时也是在参考平面上传播,....

  对于硬件工程师,有一种说法是,硬件工程师可以分为两类,一种是已经遇到了信号完成性问题、一种是将要遇到....

  本书是论述印制电路板设计与信号完整性分析的理论和工程实践的一部全面性著作。本书从印制电路板的基本原理....

  首先在案例分享前来看一下我们常规整改的一些思路: 基本思路为通过现象看本质,电磁兼容因为看不....

  本文将讨论隔离式BUCK DC-DC转换器的工作原理,选择变压器时应重点关注哪些参数,这些参数如何影....

  存储是我们每天都要与之打交道的设备,SD卡、SSD等器件、设备都是存储的具体实现。往期文章中,小编对....

  当涉及到开关稳压器及其电磁兼容性(EMC)时,总是会提到热回路。尤其是优化印刷电路板上的走线布局时,更是离不开这个话题。但...

  HDMIEMC设计原理图   HDMI元件选型及参数说明:(图一所示) a.L510、L511、L5....

  在开关稳压电源中,直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态。目前开关电源的工作频率在几百kHz,甚至已....

  电磁干扰是电子电路设计过程中最常见的问题,设计师们一直在寻找能够完全消除或降低电磁干扰,也就是EMI....

  近日,石家庄铁道大学召开轨道交通电磁兼容学术研讨会。中车株洲所研究院、北京全路通号信号研究设计院....

  小米公司发布了新款手机-小米11,值得注意的此次发布之际同时也介绍了小米公司的“小米实验室”。 ....

  PCB的EMC设计考虑中,首先涉及的便是层的设置;单板的层数由电源、地的层数和信号层数组成;在产品的....

  LED灯是指利用发光二极体作为光源的灯具,一般使用半导体LED制成。LED灯的寿命和发光效率可达....

  CST工作室套装是一个强大的电磁仿真平台,具有十分准确和高效的电磁设计和仿真解决方案,覆盖电磁、微波....

  集成电路产品EMC测试系统是严格按照IEC 61967和IEC 62132系列进行设计,整套系统....

  GB 17625.2-2007 电磁兼容 限值 对每相额定电流≤16 A且无条件接入的设备在公用低压....

  据华为智能汽车解决方案官微消息,中国汽车工业协会主办的T10 ICV CTO峰会12月21日在上海召....

  基于GL850G的 USB HUB 2.0设计,按照安规和EMC设计规范设计,所有等差线都加共模电感....

  串扰是通过近电场(电容耦合)和磁场(电感耦合)在相邻导体之间耦合的噪声。尽管任何相邻导体都表现出....

  在控制电柜内抑制干扰经济有效的措施是确保在安装时将干扰源与可能被干扰的设备进行隔离。 因此必须将控制电柜分成多个 EMC ...

  PCB 设计过程中开槽的形成 PCB 设计过程中开槽的形成包括: 对电源或地平面分割造成的开槽;当 PCB 板上存在多...

  EMC的全称是电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility),主要是指电子电器设备在电磁干扰环境中的防护能力,对应的EMI...

  非隔离式的DC-DC转换器都是基于降压,升压以及降压-升压型DC-DC转换器而衍生出来的,下面就简单介绍一下这三种DC-...

  隔离式DC-DC转换器在工业现场总线,工业自动化等上面应用非常广泛,它能够提供电流隔离,抵抗噪声和提高安全性。隔离式D...


威廉官网

@SHENZHEN ENERGY Corporation All Rights Reserved.

威廉官网