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了解工控設(shè)備電源等開關(guān)電源PCB及結(jié)構(gòu)寄生參數(shù)的提取

來源：發(fā)布時間：2019-06-09 點(diǎn)擊量：1453

了解工控設(shè)備電源等開關(guān)電源PCB及結(jié)構(gòu)寄生參數(shù)的提取

對于對工控設(shè)備電源等開關(guān)電源PCB及結(jié)構(gòu)寄生參數(shù)的提取的相關(guān)內(nèi)容，我想大家肯定知之甚少，本文就這個點(diǎn)來和大家普及一下，希望對大家以后的工作上有所幫助，下面就來往下看看吧！

工控設(shè)備電源等開關(guān)電源除了元器件選取、電路及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，PCB的布局、布線設(shè)計(jì)、線路板加工對電磁兼容會造成很大影響，是一個非常重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。由于工控設(shè)備電源等開關(guān)電源的PCB布線基本上都是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)手工布置，有很大的隨意性，這就增加了PCB分布參數(shù)提取的難度。PCB的寄生參數(shù)會造成開關(guān)電源噪聲傳播途徑的阻抗變化，影響控制器對工控設(shè)備電源等開關(guān)電源輸出電壓電流的控制作用。PCB的布局不合理還會形成開關(guān)電源向外輻射電磁干擾的途徑，同時也會通過該途徑吸收外界電磁干擾，從而降低開關(guān)電源的電磁干擾抗擾度。所以PCB的布局布線是開關(guān)電源EMC設(shè)計(jì)中極為重要的環(huán)節(jié)。

對于傳導(dǎo)干擾，寄生參數(shù)的提取精確度是通過仿真有效預(yù)測EMI水平的關(guān)鍵。盡管對于結(jié)構(gòu)簡單的元件來說，寄生參數(shù)是很容易計(jì)算的，但是對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的元件來說，并不是那么容易就能得到寄生參數(shù)，例如多層板和直流母線的寄生參數(shù)。

為了建立工控設(shè)備電源等開關(guān)電源PCB的高頻模型，需要對PCB的結(jié)構(gòu)寄生參數(shù)進(jìn)行抽取。提取PCB寄生參數(shù)的方法有很多，其中TDR(時域反射)方法可以在不知道實(shí)際幾何形狀的情況下對寄生電感和寄生電容進(jìn)行提取，但是TDR(時域反射)方法需要時域反射儀，用于樣機(jī)建成后，這就使開發(fā)成本大大增加，而且TDR方法不能尋找到復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的耦合效應(yīng);然而FEA(有限元分析)方法則可以克服這一缺點(diǎn)，用于樣機(jī)建成前。利用FEA工具可以準(zhǔn)確地得到PCB的寄生參數(shù)，并能考慮復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的耦合情況。

有很多對工控設(shè)備電源等開關(guān)電源PCB結(jié)構(gòu)進(jìn)行寄生參數(shù)抽取軟件，如InCa，SIwave，Q3D 等，分別用不同的方法對PCB的寄生參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和提取，如部分元等效電路方法、有限元分析方法、有限元分析方法和矩量法結(jié)合的方法等。其中InCa軟件只能計(jì)算分布電感，不適合計(jì)算分布電容，不宜處理共模干擾的仿真分析;SIwave軟件提取出來的是電路的S參數(shù)，不能清晰地反映PCB中的耦合情況及其對開關(guān)電源EMI的影響;Q3D 軟件利用FEA 和MOM結(jié)合的方法求解電磁場，可以得到PEEC部分元等效電路，也可以得到PCB上各導(dǎo)體的互感互容，可以清晰地分析各種情況下PCB結(jié)構(gòu)對開關(guān)電源EMI的影響。

提出了基于寄生參數(shù)矩陣的等效電路的建立方法，即把所有互感、互容等效成受控的電壓源，與自感、自容連接(相當(dāng)于把所有互感、互容對電路的影響等效到受控電壓源上)，從而建立等效電路模型。

散熱片與開關(guān)管之間會有電容效應(yīng)，噪聲可以通過該效應(yīng)在電路和地之間進(jìn)行傳播，文獻(xiàn)里對散熱片在工控設(shè)備電源等開關(guān)電源傳導(dǎo)和輻射干擾中的影響作了詳細(xì)的闡述。還有其他的在空間通過電感或電容耦合傳到接收器的噪聲，不可以忽略。

模型建立之后，就可以使用仿真軟件對開關(guān)電源EMI進(jìn)行仿真，得到開關(guān)電源傳導(dǎo)EMI的頻譜波形，通過分析波形可以定位開關(guān)電源EMI的問題所在，進(jìn)而通過解決該問題而降低EMI。

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