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电源适配器抗干扰技术和开发中注意的项目以及解决方法

作者:www.itxpower.net              2014年8月11日          网站:www.itxpower.net
    

   由于电源适配器由于其开关器件工作在高频通断状态,高频的快速瞬变过程本身就是电磁干扰源,它产生的电磁干扰直接影响甚至危害到其他电子产品货配套的产品的正常工作,解决这个问题的唯一办法就是抗干扰设计.电源适配器在设计上为抑制电磁干扰,有效的抗干扰主要有印制板布线抗干扰,元器件布局抗干扰,采取接地抗干扰等抑制电磁干扰手段来提高电源适配器的抗干扰技术.

   在电源适配器首先设计的时候注意印制板布线抗干扰的措施,印制电路板的抗干扰设计不仅与布局有关,而且与布线也有相当大的关系,开关电源PCB抗干扰设计布线的原则:

相邻电路之间不应该有过长的平行线,走线尽量避免平行,如果在设计印制电路板时平行走线无法避免,可在两条平行的信号线之间加一条地线
尽量拉开两条平行的信号线之间的距离,以降低两线之间电磁场的影响,使两条平行的信号线上流过的电流方向相反
电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线。
布线密度应综合结构及电性能要求,力求简单、均匀,导线最小宽度和间距不小于0.3mm,条件允许可适当加宽导线及间距
根据印制线路板电流的大小,尽量加粗电源线,接地线宽度,减少环路阻抗,同时使电源线,地线的走向和数据传递的方向一致
在装配密度很高的印制电路板时,多采用多层板,可使印制导线的直流电阻R和自感L减小,从而减小印制导线的特性阻抗
在双面板设计中,除尽量加粗电源线和地线的线条外,还应该在电源线和地线之间留出一定的空间,以便安装高频特性好的去耦电容。
信号线最好集中于PCB板的中央,力求靠近地线或用地包围它,信号线避免长距离的平行线
控制回路与输出回路分开,采用单点接地方式,大面积接地容易引出天线作用,建议不要采用大面积接地方式


   在元器件布局是为了减少噪声的产生和防止由于噪声所引起的误动作,应该注意几点原则:

应该根据印制板的安装方式,把易发热的元器件安装在印制板的上方部位,以利于散热;热敏元件应远离发热元件
应尽量将相互关联的元器件摆放在起以避免因器件离得太远而造成印制线过长所带来的干扰
易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离;脉冲电流流过的区域远离输入输出端子,使噪声源与出口分离
应将输入信号和输出信号尽量放置在引线端口附近,以避免因耦合路径而产生的干扰。


   在电源适配器中,可发出电磁波的元器件有电感器,变压器和功率器件等,通常在其周围采用导电良好的金属材料作为屏蔽,使其电磁波产生衰减.对抗电磁波较弱的元器件,必要的情况下也应采取相应的屏蔽措施.,抑制电源适配器电磁干扰的有效方法是屏蔽,就是利用导电良好的金属材料对电场进行屏蔽,用导磁率高的材料对磁场进行屏蔽.用电磁屏蔽的方法解决EMI问题的好处是不会影响电路的正常工作.屏蔽技术可分为对发出电磁波部位的屏蔽和易受电磁波影响的元器件的屏蔽.

   开关电源电路板在工作时会向外辐射噪声,往往信号线经地传递到机壳,引起谐振,由机壳向外辐射强烈的辐射噪声,这时应做到使用多层印制电路板,以中间层作电源线或地线,将电源线密封在板内,可有效预防电路辐射和接收噪声.其一印制电路板“满接地”.绘制高频电路时,除尽量加粗地线外,应把电路板没被占用的所有面积都作为接地线,这样可以有效降低寄生电感,减小噪声辐射.

​   接地技术是开关电源抗干扰技术和电磁兼容技术的重要内容之一,不正确的工作接地反而会增加干扰.如地环路干扰,共地线干扰等.为防止各种电路在工作中产生互相干扰,使之能相互兼容地工作,根据电路的性质,将工作接地分为不同的种类.

   将电源适配器的交流地与直流地分开.大家都知道交流电源的零线是接地的,但由于存在接地电阻和其上流过的电流,导致电源的零线电位并非为大地的零电位.另外,交流电源的零线上往往存在很多干扰如果交流电源地与直流电源地不分开,将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响.因此,在开关电源中采用把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术,可以隔离来自交流电源地线的干扰.

   模拟地与数字地分开,随着数字开关电源的开发,为了抑制对数字芯片的干扰,数字芯片与模拟电路必须进行隔离.在数字开关电源中,常用脉冲变压器和线性光电耦合器进行数字电路与模拟电路信号的隔离,以提高整个电路的电磁兼容性.

   功率地与弱电地分开,功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线.由于负载电路或功率驱动电路的电流较强,电压较高,所以功率地线上的干扰较大,因此功率地必须与其他弱电地分别设置,以保证整个系统稳定可靠的工作.

   电源适配器在设计的开始就注意到以上介绍的原则,合理的对电磁干扰采取抑制,就可以有效地提高开关电源的电磁兼容性解决电磁干扰的问题.电源适配器是采用脉冲宽度调制技术,电源适配器主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、逆变器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路组成.它的优点在于体积小,功率高,重量轻,方便携带,效率高,自身抗干扰性强,输入电压范围宽,特别是在欧美等地区对电源能效和待机功耗要求后开关电源就凸显出了它的居多优点.所以电源适配器的应用范围也越来越广泛.

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