【導(dǎo)讀】資深EMC專家馬永健老師近日在2014福創(chuàng)西部電子論壇之電源管理技術(shù)研討會上做了精彩分享。2014福創(chuàng)電子論壇是歐洲領(lǐng)先的技術(shù)交流平臺，此次論壇在西安高新區(qū)都市之門隆重舉行。兩個技術(shù)研討會：電源管理技術(shù)研討會和無線技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研討會將針對西部工程師的設(shè)計挑戰(zhàn)，讓供需雙方的專家們充分互動。此次活動由我愛方案網(wǎng)與西安高新區(qū)高新技術(shù)企業(yè)協(xié)會合作，攜手電子元件技術(shù)網(wǎng)，中國電子展和中國電子授權(quán)分銷商聯(lián)盟聯(lián)合舉辦。
馬永建，是目前中國最知名和最受尊敬的EMC實操專家之一，也是擁有20多年航空電子設(shè)備的EMC實際設(shè)計、開發(fā)、采購和技術(shù)管理經(jīng)驗，聞名全國軍工和汽車電子界的EMC專家，著有《EMC設(shè)計工程務(wù)實》，他的特長就是讓EMC理論落地，能夠?qū)嶋H解決產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計中遇到的問題。
隨著技術(shù)進(jìn)步以后，電流變化與電壓變化越來越大，電子產(chǎn)品的電磁兼容最后越來越嚴(yán)重。從 90年開始，隨著出口產(chǎn)品的增加，打開國門以后，電磁兼容問題越來越得到重視。實際上如果說把電流變化率控制住，電壓變化率控制住，基本上就已經(jīng)達(dá)到控制的目的。從前有句話，叫做學(xué)好元器件，做好線路板，基本上就把電子兼容問題解決。下面講電源的電磁兼容問題，一共分五個部分，第一部分是供電系統(tǒng)，分為集中式，分布式。第二 是單板分布式供電系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的注意事項。第三是在使用過程中，電源所導(dǎo)致的非理想的返回通道，非理想回路。第四是電源濾波，最后是開關(guān)電源，如何產(chǎn)生，如何控制。
供電系統(tǒng)
在設(shè)計電源的時候，電源分為這幾種方式來進(jìn)行供電，一是集中式供電，這樣做價值非常便宜，但是可靠性差，實用差，而且效率非常低，但是現(xiàn)在還有企業(yè)在用。第二種是分布式供電，分布式供電分交流分布式和直流分布式。交流分布式將直接面對交融電，出現(xiàn)的問題非常麻煩，價格也非常昂貴。直流分布式，在安保防護(hù)這方面相互說較容易?；蛘呤墙袑蛹芊植际交蛘邌畏捶植际剑瑢蛹芊植际揭粚右粚拥拿恳粚与娫垂?yīng)系統(tǒng)，如果兩層之間功能相當(dāng)?shù)脑?，可以作為熱備份處理，這種做法現(xiàn)在用的比較多，現(xiàn)在最常用單板分布式。一般來說，把電壓降到安全范圍內(nèi)，然后各個供應(yīng)口之間不需要專門的電源維護(hù)，但是需要電源模塊可靠性非常高，因為現(xiàn)在電源模塊做的技術(shù)程度比較高，所以可靠性也比較高，不過從單板單機(jī)來說價格比較高，維護(hù)成本非常低，所以價格收益較低，但是實用性非常好，效率非常高。
單板分布式供電系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)注意事項
現(xiàn)在所有電源設(shè)計大部分是單板設(shè)計，當(dāng)硬件，方案確定下來以后，就要選用什么？選用一個電壓電流和功率，確定芯片工作電壓，確定電源的供應(yīng)電壓。設(shè)計的時候一定要注意，不要選多品種，要想方設(shè)法把電壓分的品種越多越好。主流的器電，電壓的變化 不要太多，因為在整個一個板子上面，如果電壓太多的話，電壓之間隔離，隔離就存在一種溝槽或者隔離帶，之間不能對流。
第二個點，如果電壓確定下來以后要確定輸出電流。因為難過較大，所以這里講有兩個方法，第一個方法在設(shè)計之前要進(jìn)行估算，這個值只能說是估算值，因為要進(jìn)行降額設(shè)計，設(shè)計完成以后要進(jìn)行實際的精確測量，看單板上面到底多大的電流和功率，這是要考慮。因為降額設(shè)計，如果降額不大，很有可能導(dǎo)致你的電源故障或者不工作。比如說降額不足，重載，這樣導(dǎo)致電源長期工作的時候，可能會發(fā)熱，會導(dǎo)致故障，甚至?xí)罊C(jī)。輕載以后，大馬拉小車，效率很低。
第二個問題，電磁兼容問題，當(dāng)電容設(shè)計的時候，有濾博器或者濾波電路，用的都是反射濾波，濾波電路或者濾波器的阻抗是適配，干擾電流和干擾電壓反回去，這樣不會推過濾波器和濾波電路，負(fù)載阻抗低了很多，就打破了濾波電路設(shè)計的最基本的原理。電源模塊在用的時候，要求負(fù)載要達(dá)到整個模塊的要求阻抗的10%以上，如果很輕，就不好工作。一定要實際測量一下各個單元的實際電流多大然后進(jìn)行修整，不 需要那么大就把它降下來，又貴又不好用干嗎用那么大，這是設(shè)計中間很多人忽視的事，就是輸出電流，大家一定要記住，電源設(shè)計是要降額的。第三個，如果單板模塊功率不夠，一般用更高功率的模塊來帶動，另外一個，兩個模塊并聯(lián)使用，這種方式經(jīng)常使用，這地方就要注意一個問題，兩個模塊并聯(lián)的時候，需要負(fù)載均流，在設(shè)計中間是需要考慮。第二個，要故障完全隔離，設(shè)計的時候兩個模塊要設(shè)計一個控制電路，一個模塊出現(xiàn)問題以后短路了，另外一個模塊也不能工作，這個是很容易犯的錯誤，這是年輕工程師犯的錯誤，有經(jīng)驗的老工程師不會犯的錯誤。
電源導(dǎo)致的信號非理想的回路
所有信號包括電源的電流信號，從驅(qū)動端到接受端，最終都要返回驅(qū)動端，這點非常非常重要。當(dāng)設(shè)計單層板的時候，設(shè)計一個線，多層板設(shè) 的時候，只設(shè)計信號線，而從來不關(guān)照回家線。它回來有兩種模式，一個是沿著電源平面回流，一個是按照地平面回流，這是回路。出去信號最終 一定要回來，但是回流的時候，這個回路的電流，一定走的阻抗最小的路徑，也就是說大部分時間是電感最小的路徑。信號的回路面積與場強(qiáng)成正比，因此在設(shè)計的時候，電磁兼容性，很重要的因素就是回路面積。
設(shè)計的時候有一句話，叫做回路面積最小化，這是設(shè)計的最重要的原則。一個線路板在設(shè)計的時候，一定是多品種多種類的電源系統(tǒng)，一塊板子上面有好多種電源，之間用溝槽技術(shù)隔離，這設(shè)計的時候是必須的，核心的器件，有意的把它中間要進(jìn)行隔離，防干擾。一塊板子，到處都是溝槽，如果按照電源層面回流的時候，這是一個溝槽，這上面是你的線，這是信號層，回流按照電源層回流，電流回來了以后過不去了，就相當(dāng)于什么呢？ 咱們講的抗日戰(zhàn)爭的時候，一個碉堡挖一個戰(zhàn)壕，人跨那個戰(zhàn)壕，怎么跨？只有能力強(qiáng)的人或者高手翻下去翻上來。
同樣，如果回流有一部分可以通過耦合，兩個溝槽之間一定有一個電容性的接觸面，通過這個耦合跨過去，但是大部分跨不過去，它要回去，不回去不行，就要找通路，繞著溝槽開始找，溝槽多長繞多長，這是理想化的。。但是線路板每層板之間的間距非常小，線路間就有耦合電容，很有可能它的回流電 流耦合到另外一個板上去，線路串?dāng)_就發(fā)生了，這是非常嚴(yán)重的一個問題。所以我們在設(shè)計中間，這是非常非常致命，而且非常嚴(yán)重。同時，穿過同一溝槽走線間會有很高的耦合系數(shù)，溝槽本身的能量耦合到夾縫中，并通過夾縫線傳播到其他的信號上。相當(dāng)于一個傳輸線把整個耦合的噪聲在所有線上傳輸，只要跨過這個線上就經(jīng)過耦合，這樣噪音就跨過來跨過去。為什么仿真軟件不能完全用于實用，因為沒法建模，不知道耦合哪去，實際上能找，每層剖析，先每層計算，找間距的大小，介質(zhì)的影響等等，整個一個找過來，但是都是一個可能的途徑，真是這個途徑嗎？所以在做的過程中，這個是大忌。
電源分配系統(tǒng)造成了這個非理想的回路，因為本身就這么畫過來畫過去，事后沒辦法補(bǔ)救，只有設(shè)計的時候處理。那怎么辦呢？一定要從電源層面進(jìn)行回流， 不能從地平面進(jìn)行回流，第一種，就是說在溝槽上面，在信號返回的通道上面架橋。這個是溝槽，將這個拉開，我在上面架橋，信號的平率電流多少，然后選擇這個頻率的這個電流，協(xié)定頻率，一個電流的協(xié)定平率點，這個阻抗是最小的，按照這個原理，電容架在兩邊，這是架橋過，回流過不來，就架橋過。
第二個用插分線傳輸，插分線是對線，最好是用地平面回流，那是最好的，所以非理想回路這一塊，做到中間盡可能不要存在，或者說做的時候，也要考慮好的信號出去以后怎么樣回來，要保證回路面積最小化，因為它影響太大。
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