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噪声处理  

2009-04-13 14:53:54|  分类: 【开关电源】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1、  共模噪声,在任何情况下,不容许在火线与地之间有超过0.01uF的电容,这在许多安全标注中都有规定。

屏蔽

2、  在大多数应用中,凡是高频、高压开关波形可能与接地面或副边输出有容性耦合的地方都要求有静电屏蔽。

在散热器上安装开关晶体管和整流二极管,而散热器又与主机壳接触的场合是典型的位置。

在有很大开关电流流过的元件或线路上,磁场和容性耦合都有可能产生噪声。

其他有可能有问题区域有:输出整流器、安装在机壳上的输出电容、在主开关变压器上的原边、副边以及磁心与其他驱动变压器之间的容性耦合。

静电屏蔽方法:

    开关设备:将输入侧散热片连接到输入侧电解电容负极端;输出侧散热片连接到输出侧的公共端(Haitang上的做法)

如果二极管和晶体管的散热器完全与机壳隔离,如安装在PCB板上那样,则在这些元件上就不一定需要静电屏蔽。

安全标准要求,安全屏蔽回路到接地面或机壳,而RFI屏蔽一般返回到输入或输出电路。

    变压器:对于高压输出,RFI屏蔽可装在输出整流器与他们的散热片之间。如果副边电压较低,比如12V或更低,则不需要副边变压器RFI屏蔽和整流器屏蔽。

    在很多情况下,电源或主设备都有一个围起来的金属外壳,无需再加变压器屏蔽已能满足EMI要求。

形成电源尖峰噪声

其中以导线电感引起的干扰为主。在实际设计中,应尽量避免该电感对电路的影响:在各集成电路的电源和地线间分别接入旁路电容,以缩短开关电流的流通途径;将电源线和地线设计成如图1(b)所示的格子形状,而不用图1(a)所示的梳子形状,这是因为格子状能显著缩短线路环路,降低线路阻抗,减少干扰。

当印制电路板上装有多个集成电路,且部分元件功耗较大,地线出现较大电位差,形成公共阻抗干扰时,宜将地线设计成如如图1(d)所示的封闭环路,这种环路无电位差,比图1(c)所示的方式有更高的噪声容限;应尽量缩短引线,将各集成电路的GND以最短距离连到电路板入口地线,降低印制导线产生的尖峰脉冲;让地线、电源线走向与数据传输方向一致,以提高电路板的噪声容限。

使用大量高速逻辑电路时常采用多层印制电路板,降低接地电位差,减少电源线阻抗和信号线间串扰。当没有多层板而不得不使用双面板时,必须尽量加宽地线线条,通常地线应加粗到可通过三倍于导线实际流过的电流量为宜;或采用小型母线方式,将公共电源线和地线尽量分别布于印制板两面边缘。当印制板插头有多个插头接触片时,应多备几个引线插头作地线使用,如图1(b)所示,并按总负载电流大小,在插头处接入1~10mF的钽电容器对电源母线去耦,并在去耦电容旁并联一个0.01~0.1mF的高频陶瓷电容器。

正确运用抗扰器件

进行印制板的电磁兼容性设计,应根据噪声的不同特点,正确选用抗扰器件:用二极管和压敏电阻等吸收浪涌电压,用隔离变压器等隔离电源噪声,用线路滤波器等滤除一定频段的干扰信号,用电阻器、电容器、电感器等元件的组合对干扰电压或电流进行旁路、吸收、隔离、滤除、去耦等处理。如果抗扰器件运用不当,那么不但不能有效减少干扰,甚至还会成为新的干扰源。

对电容器的选用和安装来说,钽电解电容器在低频段应用效果好,应装在电源入口处;陶瓷电容器在高频段应用效果好,应装在各集成电路的附近。安装电容器时,要尽量缩短引线,但不能为求引线短而忽视安装位置,应将其装在需要旁路的集成电路的Vcc和GND管脚近处,否则,电容器就毫无旁路意义。当板上信号导线阻抗不匹配时,会发生多次反射噪声,在线路终端和始端接入阻抗匹配电阻,可消除干扰。当印制导线较长时,线路电感会导致减幅振荡,串入阻尼电阻,可抑制振荡,增强抗干扰能力,改善波形。

合理布置器件

板上器件布局不当是引发干扰的重要因素,所以应全面考虑电路结构,合理布置印制板上的器件。首先应根据需要确定印制板的大小和形状,尺寸过大会使印制导线加长,阻抗增大,噪声容限降低;尺寸过小又不利于散热,邻近导线、器件易发生感应。

在印制板上布置元器件,原则上应将输入输出部分分别布置在板的两端;电路中相互关联的器件应尽量靠近,以缩短器件间连接导线的距离;工作频率接近或工作电平相差大的器件应相距远些,以免相互干扰。如常用的以单片机为核心的小型开发系统电路,在设绘印制板图时,宜将时钟发生器、振荡器等易产生噪声的器件相互靠近布置,让有关的逻辑电路部分尽量远离这类噪声器件。同时,考虑到电路板在机柜内的安装方式,最好将ROM、RAM、功率输出器件及电源等易发热器件布置在板的边缘或偏上方部位,以利于散热。

在印制电路板上布置逻辑电路,原则上应在输出端子附近放置高速电路,如光电隔离器等,在稍远处放置低速电路和存储器等,以便处理公共阻抗的耦合、辐射和串扰等问题。在输入输出端放置缓冲器,用于板间信号传送,可有效防止噪声干扰。

电路板上装有高压、大功率器件时,与低压、小功率器件应保持一定间距,尽量分开布线。在大功率、大电流元器件周围不宜布设热敏器件或运算放大器等,以免产生感应或温漂。

合理布置板间配线

板间配线会直接影响印制板的噪声敏感度,因此,在印制板联装后,应认真检查、调整,对板间配线作合理安排,彻底清除超过额定值的部位,解决设计中遗留的不妥之处。板间配线应注意以下几点:

(1)板间信号线越短越好,且不宜靠近电力线,或可采取两者相互垂直配线的方式,以减少静电感应、漏电流的影响,必要时应采取适宜的屏蔽措施;板间接地线需采用“一点接地”方式,切忌使用串联型接地,以避免出现电位差。地线电位差会降低设备抗扰度,是时常出现误动作的原因之一。

(2)远距离传送的输入输出信号应有良好的屏蔽保护,屏蔽线与地应遵循一端接地原则,且仅将易受干扰端屏蔽层接地。应保证柜体电位与传输电缆地电位一致。

(3)当用扁平电缆传输多种电平信号时,应用闲置导线将各种电平信号线分开,并将该闲置导线接地。扁平电缆力求贴近接地底板,若串扰严重,可采用双绞线结构的信号电缆。

(4)交流中线(交流地)与直流地严格分开,以免相互干扰,影响系统正常工作。

一般而言,使用以上的基本抗干扰措施,可消除印制板90%左右的常见干扰。由于硬件的可靠性是设备的复杂性函数,要消除一些特殊的、小概率的干扰,就要采用特殊的、更复杂的硬件抗干扰电路。但过多地采用硬件抗干扰措施,会明显提高产品的常规成本,且硬件数量的增加,还会产生新的干扰,导致系统的可靠性下降。所以应根据设计条件和目标要求,合理采用一些硬件抗干扰措施,提高系统的抗干扰能力。

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