Импульсный источник питания постоянного/постоянного тока незаменим в современных электронных продуктах, при этом его высокая эффективность и небольшой размер особенно важны. Однако коммутационные устройства в конструкции приводят к быстрым изменениям напряжения и тока, что делает продукт подверженным проблемам во время испытаний на электромагнитную совместимость и продлевает цикл разработки, особенно в сложных промышленных условиях.

Чтобы решить проблему электромагнитной совместимости импульсного источника питания постоянного/постоянного тока, сначала необходимо проанализировать источник шума и найти причину чрезмерных излучаемых и кондуктивных излучений. В импульсных источниках питания основными источниками помех являются частота коммутации и ее гармоники. Измерения в темной комнате покажут широкополосный спектр помех от 30 МГц до 400 МГц. Одной из причин является крутой фронт переключения переключающей трубки, такой как выходная емкость МОП-транзистора, емкость перехода и паразитная емкость диода Шоттки с обратным восстановлением. Паразитная индуктивность дорожек вместе они образуют высокочастотный LC-колебательный контур.

В зависимости от топологии импульсного источника питания постоянного/постоянного тока фокус также различен. Схема BUCK содержит больше высокочастотных компонентов из-за разрыва входного тока, поэтому контур управления и фильтр на входе более критичны. Из-за различных ключевых контуров схемы BOOST основное внимание следует уделять выходному контуру.

При проектировании импульсного источника питания постоянного/постоянного тока конструкция входного фильтра имеет решающее значение. Частота переключения современных импульсных источников питания обычно составляет от 250 кГц до 4 МГц, а LC-фильтры особенно подходят для управления основной волной и ее высшими гармониками. Обычно частота среза фильтра устанавливается равной одной десятой частоты переключения. Однако на практике, если предельное значение превышено во время испытаний на электромагнитную совместимость, частоту среза необходимо установить ниже, чтобы увеличить эффект подавления.

После добавления фильтра иногда входная клемма импульсного источника питания постоянного/постоянного тока будет колебаться. Это происходит из-за отрицательного входного сопротивления и резонанса, вызванного схемой LC-фильтра. Лучший способ - активно подавить LC-фильтр, добавив RC-цепь, чтобы уменьшить значение коэффициента Q резонансного контура, тем самым уменьшив сопротивление фильтра.

Во многих случаях вместо них используются электролитические конденсаторы с более высоким ESR, но имейте в виду, что ESR меняется в зависимости от частоты и температуры. Влияние частоты на СОЭ можно наблюдать с помощью онлайн-платформы REDEXPERT компании Würth. Если вам нужно усилить действие фильтра на высоких частотах, можно добавить магнитные шарики, но нужно обратить внимание на влияние тока на сопротивление магнитных шариков.

При проектировании выходного фильтра также необходимо учитывать некоторые соображения. Для улучшения характеристик подавления высоких частот к выходу можно добавить фильтр, содержащий магнитные шарики. Учитывая влияние постоянного сопротивления индуктора и магнитных шариков на выходной ток, фильтр размещен в цепи обратной связи импульсного источника постоянного/постоянного тока для устранения влияния падения постоянного напряжения.

Однако компоненты фильтрации в сети обратной связи могут вносить нежелательные фазовые сдвиги, влияющие на стабильность контура. Контур с запасом по усилению более 12 дБ и запасом по фазе более 45° может обеспечить стабильность. Компенсация контура является основной мерой, но она требует определенных знаний теории автоматического регулирования и схем компенсации.

Являясь одним из ключевых компонентов импульсного источника питания постоянного/постоянного тока, дроссель оказывает большое влияние на эффективность и стоимость. Платформа REDEXPERT позволяет быстро подобрать подходящий дроссель и сравнить потери переменного и постоянного тока, повышение температуры и другие параметры различных устройств. Керамические конденсаторы MLCC широко распространены из-за их небольшого размера и низких паразитных параметров. Однако при использовании MLCC типа II необходимо учитывать влияние напряжения смещения и температуры.

Чтобы уменьшить проблемы электромагнитной совместимости, вызванные импульсными источниками питания постоянного/постоянного тока, крайне важно уменьшить площадь контура и обеспечить производительность фильтра с точки зрения компоновки устройства и проводки. Ключевые компоненты шлейфа должны располагаться как можно ближе друг к другу, чтобы уменьшить площадь шлейфа. Керамические конденсаторы для высокочастотной фильтрации следует размещать рядом с трубкой переключателя или микросхемой, а паразитную индуктивность можно уменьшить за счет коротких и толстых дорожек. Разумно соедините заземление сигнала и заземление питания, чтобы избежать ненужных эффектов антенны. Входные и выходные фильтры должны быть расположены так, чтобы исключить емкостную и индуктивную связь с основными частями схемы.

Благодаря этим конструктивным соображениям инженеры могут лучше проектировать импульсные источники питания постоянного/постоянного тока, соответствующие требованиям электромагнитной совместимости.