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實(shí)驗(yàn)室儀器的功率模塊適用方案


  來源: 21IC中國電子網(wǎng) 時間:2018-11-07 編輯:思楊
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基于PC的實(shí)驗(yàn)室儀器平臺使自動化實(shí)驗(yàn)室設(shè)置和數(shù)據(jù)收集變得簡單而有效。工程師對用于儀表系統(tǒng)(如外圍組件互連(PCI)的儀表擴(kuò)展(PXIe)系統(tǒng))的DC/DC轉(zhuǎn)換器具有獨(dú)特的要求,包括:低電磁干擾(EMI)、小尺寸解決方案、高效率、寬輸入電壓范圍以及良好的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)。本文讓我們了解這些不同的要求,以及電源模塊如何幫助滿足這些要求。

 

低電磁干擾(EMI)

因?yàn)镋MI會導(dǎo)致設(shè)備性能下降和潛在的故障,實(shí)驗(yàn)室儀器對其有著極其嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。由于固有的開關(guān)作用,基于開關(guān)模式的DC/DC電源是EMI的主要原因。

圖1所示為降壓穩(wěn)壓器的基本連接圖。在降壓穩(wěn)壓器中,由電感器L、輸出電容器COUT和低側(cè)場效應(yīng)晶體管QLS形成的環(huán)路具有連續(xù)的電流。但是,由于FET的開關(guān)作用,在由高側(cè)開關(guān)QHS、低側(cè)開關(guān)QLS和輸入電容器CIN產(chǎn)生的環(huán)路中存在不連續(xù)的電流流動。

 

圖 1:簡化的降壓穩(wěn)壓器圖

 

由連接走線包圍的區(qū)域決定了在此不連續(xù)電流的路徑中將存在多少寄生電感。公式1表明,流經(jīng)電感的開關(guān)電流會在其兩端產(chǎn)生電壓差。

 

 

因此,這種設(shè)置無意中會導(dǎo)致電壓尖峰和EMI,如圖2所示。

 

圖 2:電壓尖峰和EMI

 

雖然這不可避免,但讓輸入電容極其靠近兩個FET的簡單布局有助于減小環(huán)路面積,減小寄生電感,降低電壓尖峰并降低EMI。

功率模塊在此具有優(yōu)勢,因?yàn)檩斎腚娙萜魍ǔ<稍诜庋b內(nèi)且極其靠近集成電路(IC)。類似的邏輯也適用于集成在功率模塊中的自舉電容器。

 

組件選擇

如圖1所示,除走線長度外,具有大寄生效應(yīng)的不良元件會使情況惡化,因?yàn)樗鼈兲幱诿}沖電流的路徑中。開關(guān)節(jié)點(diǎn)的面積和電感的選擇直接影響EMI。開關(guān)節(jié)點(diǎn)太大,且非屏蔽電感器具有大寄生電容會散發(fā)出大量噪聲。

如圖3所示,由于模塊電源集成了很多無源器件,使得開關(guān)節(jié)點(diǎn)區(qū)域得到了很好的優(yōu)化。

 

圖 3:電源模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)

 

流經(jīng)電感器的電流會產(chǎn)生磁場,未經(jīng)抑制的磁場導(dǎo)致更差的EMI,非屏蔽電感器對于該磁場沒有抑制方法。

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