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技術(shù)文章

實用EMI噪訊對策技術(shù)講座(11)DC電源與Ground
關(guān)鍵詞:pcb layout pcblayout外包,pcb設(shè)計 | 作者:應(yīng)華電子 | 點擊量: | 發(fā)布時間:2012年09月18日

幾乎所有電子電路都是以DC電源動作,DC電源使用機器內(nèi)部的電池,電池分為1次電池與2次電池。電池消耗電源會造成電壓變動,因此必需進行電壓控制。

擱置型電子機器,通常提供AC電源給機器,再將AC電源轉(zhuǎn)換成DC定電壓電源,該電源設(shè)備分成「Series Pass Regulator」與「Switching Regulator」兩種。Series Pass Regulator將AC電源整流,再用電容器使整流電壓平整化,接著利用電壓下降作一定電壓的控制。
 
Switching Regulator與噪訊

若與Switching Regulator方式比較,結(jié)構(gòu)簡單是Series Pass Regulator方式主要特征,反面缺點是電壓下降變成損失;相較之下Switching Regulator采取Switching控制方式(圖1),透過Switching控制可以獲得低損失、高效率的控制效益,不過該電源電流是在該系統(tǒng)中作最大電流控制,因此容易產(chǎn)生很大的切換噪訊,此外整流AC電源時產(chǎn)生的高頻波對電源端會有不良影響(圖2)。
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為防止放射噪訊一般會將電子電路放置在筐體(金屬)內(nèi),利用筐體作遮蔽放射噪訊,因為使用裸露電子電路非常危險。如圖3所示導(dǎo)線會傳遞噪訊,噪訊從AC端(輸入端)與DC端(輸出端)流出,該噪訊在輸出與輸入端,同時具備一般模式噪訊(Common Mode Noise)與標準模式噪訊(normal Mode Noise),因此必需消除標準模式的噪訊,

有關(guān)一般模式噪訊,在DC的負載亦即電子電路整體,若是以相同一般模式振動的話,理論上對電子電路內(nèi)部沒有不良影響,例如電車以一定速度奔馳時,車廂內(nèi)的乘客即使垂直向上跳躍也會回到原位,同樣道理即使對電子電路施加一般模式電壓,電子電路依舊可以正常動作,然而實際上印刷電路基板內(nèi)的電源線與Ground線屬于不平衡電路,所以對電子電路有不良的影響。
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如圖3所示Ground線除了是電源本身的折返線之外,同時也是信號的折返線 ,因此電源線與Ground線無法取得平衡。平衡的信號線本身必需具備折返線,不過一般信號幾乎都使用共通折返線,將Ground當(dāng)作折返線使用。

強大不平衡電路的一般模式必需大幅標準模式化,因為標準模式屬于有害噪訊,必需進行充分的噪訊對策。雖然Switching Regulator內(nèi)部本身具備防止噪訊泄漏到外部的濾波器,不過大多都不夠充分,此時可以在Switching Regulator的出口端實施噪訊對策(圖4)。
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圖中的L1與C1都是標準模式用濾波器,L1與C1輔助Switching Regulator內(nèi)部的電容器CP形成TT型濾波器,它可以強化Switching Regulator內(nèi)部濾波功能。圖中的C2與C3是一般模式用濾波器,該電容器的中點Ground有大噪訊電流流動,必需布線防止發(fā)生Signal Ground(圖中的電壓基準Ground)與共通阻抗(impedance)。

從DC電源一直到印刷基板的DC電源線、DC電源導(dǎo)線,噪訊很大的導(dǎo)線必需分離避免受到影響,如果導(dǎo)線并行近距離排列很容易接收噪訊,不得已的場合導(dǎo)線可以相互直交排列,建議此時導(dǎo)線使用電源線與Ground線纏繞構(gòu)成的捻線(Twist Pair)。

在印刷基板以Switching Regulator控制的電源,分成直接使用以及依照各印刷基板設(shè)置Local Regulator兩種方式(圖5)。系統(tǒng)規(guī)模很大、印刷基板數(shù)量很多的場合,可以依照各印刷基板設(shè)置Local Regulator方式,這種對策對抑制噪訊非常有效。

基板上的Regulator可以使用Series Pass Regulator IC,或是DC/DC變頻器(Converter)。輸出、入使用DC的Switching Regulator時稱為「DC/DC變頻器(Converter)」。

DC/DC變頻器又分為可以使輸入升壓的「升壓型」、下壓的「降壓型」、兩方向改變的「升降壓型」、可以使正負反轉(zhuǎn)的「反轉(zhuǎn)型」等等,此外還有可以使輸出、入絕緣的「絕緣型」,不過上述情況不需使用「絕緣型」DC/DC變頻器。
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