电源电路设计及EMC简介.ppt
电源电路设计及EMC简介,电子信息工程学院2012.7,主要内容,1.直流电源电路原理 2.电源电路设计3.EMC简介,1.1 直流电源电路分类,直流电源的来源电池供电交流电源输入以电路元件的工作状态来分线性电源开关电源以直流稳压电路的工作原理来分线性稳压电路DC/DC稳压电路,效率高重量轻纹波大噪声高,纹波小无噪声效率低重量、体积大,1.2 线性稳压电路,稳压电路内部原理图,由四部分组成：基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。,串联型稳压电源的构成,常用的集成三端稳压器的外形及类型,类型：W7800系列 稳定正电压 W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V W7900系列 稳定负电压 W7905 输出-5V W7909 输出-9V W7912 输出-12V W7915 输出-15V,1端:输入端2端:公共端3端:输出端,基本使用方法,+20V,+15V,78系列稳压芯片输入电压Ui一般应比输出电压端Uo高3V以上。,C1、C2的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。,LDO：low drop-out,如LP2982，drop out voltage：0.10.2V,优点：无纹波、低噪声。缺点：效率低，输入输出压差大时无法使用,1.3 DC/DC稳压电路原理,PWM/PFM,脉冲宽度调制式开关型稳压电路,二、工作原理,当 ut uA 时，uB=+UOPP，开关管饱和导通，iE 向负载提供电流，并将能量储存在电感的磁场中；,当 ut uA 时，uB=-UOPP，开关管截止，iE=0，电感释放能量，产生的电流流过负载和二极管。,开关管处于开关状态，发射极电位是高低交替的脉冲波形，经 LC 滤波电路后，负载上得到较平滑的输出电压 uO。,脉冲波形的占空比。,降压型DC/DC稳压电路,降压型DC/DC原理图,当开关闭合时，加在电感两端的电压为（Vi-Vo），此时电感由电压（Vi-Vo）励磁，电感增加的磁通为：（Vi-Vo）*Ton。当开关断开时，由于输出电流的连续，二极管VD变为导通，电感削磁，电感减少的磁通为：（Vo）*Toff。当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，（Vi-Vo）*Ton=（Vo）*Toff，由于占空比DVo，实现降压功能。,升压型DC/DC稳压电路,升压型DC/DC原理图,当开关闭合时，输入电压加在电感上，此时电感由电压（Vi）励磁，电感增加的磁通为：（Vi）*Ton。当开关断开时，由于输出电流的连续，二极管VD变为导通，电感削磁，电感减少的磁通为：（Vo-Vi）*Toff。当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，（Vi）*Ton=（Vo-Vi）*Toff，由于占空比D1，所以ViVo，实现升压功能。,反极型DC/DC稳压电路,电压反极型DC/DC原理图,当开关闭合时，此时电感由电压（Vi）励磁，电感增加的磁通为：（Vi）*Ton；当开关断开时，电感削磁，电感减少的磁通为：（Vo）*Toff。当开关闭合与开关断开的状态达到平衡时，增加的磁通等于减少的磁通，（Vi）*Ton=（Vo）*Toff，根据Ton比Toff值不同，可能ViVo。,主要内容,1.直流电源电路原理 2.电源电路设计3.EMC简介,2.1 电源设计的主要指标,电源容量是指电源能提供的最大功率。输出电压电流是指电源输出最大的电压和电流值。输出电压电流调节范围是指可调电压电流的范围。输出纹波对于电路来讲，电源纹波越小越好，但是相应的成本就会增加；对应硬件电路来讲，都有一定的噪声允许范围，尤其是数字电路。所以电源纹波的设计只要满足系统器件的最小要求一般即可，不要特别追求纹波最小化。,2.2引起稳压电源输出不稳定的主要因素,输入电压不稳定如果输入电压很不稳定，那么就将影响到输出电压的稳定性。所以输入端要加滤波电容。负载变化当负载突然发生比较大的变化时，会产生比较大的电流脉冲，从而影响电压变化，如果处理不好，就会造成电源输出的不稳定。每个器件的供电引脚加的退耦电容在一定程度上就可以减少负载变化对电源的影响。,2.2 引起稳压电源输出不稳定的主要因素,稳压电源本身条件变化如果稳压电源本身器件发生变化，比如老化、受温度湿度等影响，稳压电源的输出可能会发生偏移。元器件影响元器件会随着工作电压、功率、温度、湿度等的变化而发生变化，势必会影响到电源的稳定性，所以在设计的时候要考虑用到的元器件的相关参数。,2.3 电源电路设计,1.电源芯片选型线性电源 or DC/DC？输入电压范围，输出电压电流，效率，纹波，成本？怎么选？TI，NS，LT，MAXIM，。，SGM网站，电子市场,2.3 电源电路设计,2.外围电路器件选型外围电路：输入端：输入电压范围，保护电路，滤波电容输出端：电感选择，电容，滤波？3.器件布局和走线考虑电流路径增加去耦/旁路电容4.应用电路电容,2.3 电源电路设计,5.实际电源电路,2.3 电源电路设计,6.PCB布局和走线,主要内容,1.直流电源电路原理 2.电源电路设计3.EMC简介,定义,电磁兼容（EMC)：Electromagnetic Compatibility电磁干扰（EMI)：Electromagnetic Interference电磁敏感性（EMS）：Electromagnetic Susceptibility,为什么要考虑EMC？,国内外技术壁垒、强制要求 FCC，CE，CCC产品的可靠性 电磁骚扰 抗扰度 电磁泄密,EMI试验:(参照CISPR22/GB9254),传导发射试验辐射发射试验,EMS试验(GB/T17626.系列),静电放电抗扰性试验（.2）射频电磁场辐射抗扰性试验（.3）电快速瞬变脉冲群抗扰性试验（.4）雷击浪涌抗扰性试验（.5）射频场传导抗扰性试验（.6）工频磁场抗扰性试验（.8）电压瞬时跌落,短时中断和电压渐 变的抗扰性试验（.11）,何时解决EMC,EMC 三要素,干扰源敏感设备传播途径,EMC设计,接地（Grounding)屏蔽(Shielding)滤波(Filtering)内部设计（PCB板）,接地(Grounding),接地的目的一是防电击，二是去除干扰。即可将接地分为两大类：安全接地(Safety Grounding)信号接地,安全接地(Safety Grounding),安全接地是指接大地(Earthing)，也就是将电气设备的外壳以低阻抗导体连接大地，当人员意外触及时不易遭受电击。,信号接地,信号接地除提供参考点之外，同时还可以大量消除噪声的干扰。由于噪声本身的特性，考虑接地时有不同的处理方法：单点接地 多点接地 复合式接地,单 点 接地,系统或装备上仅有一点接地，分为：串联单点接地；并联单点接地；,串联单点接地,若系统各线路或装备所产生或需要的电流变化太大，则不适用串联单点接地，因为高电流的线路或装备所产生大量的地电位会严重地影响低电流线路或装备的正常工作。,并联单点接地,并联单点接地最大的缺点是耗时费料，由于接地线太多太长，以至增加各地阻抗，尤其在高频范围中更加严重。,多点接地,在频率低于10MHz时，较适于单点接地。若在高频(10MHz)情况下，由于接地线的长度以及接地电路的影响，故单点接地无法达到去除干扰的效果，此时就得使用多点接地。此时接地线的长度亦应尽量缩短。下图各接地点可视为机壳或接地板：,复合式接地,复合式单点接地将线路或装备加以归类，而同时使用串联与并联法，可同时兼顾降低干扰以及减少施工与节省用料。,接地原则,模拟电路：单点接地，避免地环路 并联 or 串联单点接地？数字电路和高频电路：多点接地多种电路之间：复合式单点接地,印制电路板的布局,当高速、中速和低速数字电路混用时，在印制板上要给它们分配不同的布局区域。,对低电平模拟电路和数字逻辑电路要尽可能地分离。,AD转换器的接地处理,模拟地和数字地在ADC芯片接地引脚附近单点连接,接地桥,对于特别敏感的线路或特别高频的线路，要采用接地桥与周围线路隔离，同时又可保证参考电平一致。,PCB走线,关键信号要考虑信号回流路径。高速（高频）信号线要考虑寄生耦合效应。,谢谢！,
