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在电子设备的电磁兼容性设计中,DCDC同步升压电路带负载时出现的辐射超标问题,犹如隐藏在精密仪器中的“电磁恶魔”,常常让工程师们头疼不已。本文将深入剖析这一现象,探寻其根源与解决之道。
辐射超标的根源探寻
DCDC同步升压电路在工作时,开关信号的上升沿和下降沿特性对辐射影响显著。就如同水流冲击礁石会产生浪花一样,开关信号陡峭的边沿会在电路中激起高频分量和高次谐波的“浪涛”。虽然开关电源频率通常为几百KHz,但上升和下降沿往往短至几十ns甚至几ns,由此产生的几十M的高次谐波分量,携带着较高的电压和较大的能量,成为辐射的“源头”。例如在一些实际测试中发现,传导测试时尖峰频率基本落在1.2MHz及其倍频处,这与DCDC开关工作频率相吻合,进一步证实了开关操作是噪声产生的重要因素。
连接线也是影响辐射的关键因素之一。当电路板输出端接有较长连接线时,犹如延伸的天线,会增强电磁辐射的发射。即使去掉显示屏,仅保留连接线,辐射仍可能超标,只是幅度有所降低。这是因为连接线在传输信号的同时,也会将电路中的电磁干扰传导至周围空间,形成辐射。
从电路层面抑制辐射的策略
优化开关信号边缘:在开关管的控制信号线上以及开关管输出部分添加小电容和小电阻串联组合,可以减缓开关信号的上升和下降沿,从而降低高频分量和高次谐波的产生。这就好比给急速流淌的水流加上缓冲装置,使其流动更加平稳,减少浪花的飞溅。不过需要注意的是,这种方法可能会在一定程度上降低DCDC的效率,但在抑制辐射方面效果显著。
合理布局与布线:从器件布局布线的角度减小环路面积至关重要。合理的布局可以使电流路径更加简洁,减少电磁干扰的耦合。例如,将相关元件紧密排列,避免长距离的走线形成大的环路,就像整理杂乱的电线,使其规整有序,减少信号传输过程中的干扰和辐射。
增加滤波电路:在电压输出处加装共模电感、安规电容等滤波元件,可以有效滤除高频共模电流,防止其泄漏到空间中产生辐射。这如同在水流的出口处设置滤网,阻挡杂质(高频干扰)流出,使输出的信号更加纯净。
其他辅助措施
磁环的应用:对于连接线,绕上磁环是一种简单有效的降低辐射方法。磁环可以增加连接线的阻抗,吸收部分高频干扰信号,从而降低辐射强度。虽然不加磁环仅从电路改善也能解决部分辐射问题,但磁环的使用可以作为一种辅助手段,进一步提升辐射抑制效果。
屏蔽措施:采用屏蔽线或对关键部分进行铜屏蔽等措施,可以阻挡电磁辐射的扩散。屏蔽就如同给电路穿上一层防护服,将电磁干扰限制在一定范围内,防止其对外部环境产生影响。
实际应用中的注意事项
在实际设计中,需要综合考虑各种因素,不能盲目地采取某一种措施而影响DCDC的其他性能。例如,电容的选择不能过大,几十pF级别的电容通常就能满足要求,过大的电容可能会引入新的问题。同时,对于一些改进措施,如添加滤波电路或改变布局布线,需要经过多次试验和调试,以达到最佳的电磁兼容性效果。
DCDC同步升压电路带负载辐射超标问题是一个复杂而关键的电磁兼容性问题。通过深入理解其产生根源,并综合运用电路优化、合理布局布线、滤波、屏蔽等多种措施,可以在保证DCDC性能的前提下,有效降低辐射,使其符合电磁兼容性要求,确保电子设备的稳定可靠运行。