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在第 1 部分中，我們講解了如何選擇正確的電容器種類、功率電感器、開關(guān)頻率以及半導(dǎo)體對 DC/DC 開關(guān)控制器的效率至關(guān)重要，并展示了開發(fā)指定規(guī)格的降壓升壓轉(zhuǎn)換器的任務(wù)的例子。我們還探討了如何選擇最佳的電容器和電感器來創(chuàng)建與轉(zhuǎn)換器相匹配的濾波器，從而實(shí)現(xiàn)非常低的電感和緊湊的布局。在第 2 部分中，我們將會(huì)介紹電路板布局和 EMC 需要考慮的因素、選擇輸入和輸出濾波器元器件，以及使用熱成像來驗(yàn)證功能電路。 布局指南 布局電路板時(shí)需要考慮到一些因素。例如，會(huì)導(dǎo)致高 ΔI/Δt 值的輸入和輸出回路應(yīng)通過將濾波陶瓷電容器緊密放置在一起來保持緊湊。自舉電路應(yīng)緊湊且靠近開關(guān)穩(wěn)壓器 IC。需要使用寬帶π型濾波器來解耦開關(guān)穩(wěn)壓器的內(nèi)部電源。使用盡可能多的過孔以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部功率GND 層和電路板底層之間的低電感、低阻抗連接。雖然大面積的銅可以實(shí)現(xiàn)更佳的散熱性能和更低的 RDC，但銅面積不宜太大，以免與相鄰電路發(fā)生容性和感性耦合。 無濾波器的 EMC 測量（100W 輸出功率） 為滿足大多數(shù)應(yīng)用，轉(zhuǎn)換器在傳導(dǎo)（150kHz 至 30MHz）和輻射（30MHz 至 1GHz）范圍內(nèi)的干擾發(fā)射均應(yīng)符合 B 類（家用）限制。除了插入損耗，還有很重要的一點(diǎn)是大電流應(yīng)用需要電感元件具有盡可能低的 RDC，從而將效率和發(fā)熱量保持在可接受的范圍內(nèi)。不幸的是，低 RDC 也意味著尺寸會(huì)更大。因此，選擇在 RDC、阻抗和尺寸這幾個(gè)因素之間取得平衡的最先進(jìn)的元件尤為重要。WE-MPSB 系列和緊湊型設(shè)計(jì)的 WE-XHMI 系列都適用于這種情況。對于 10μF 以上的電容濾波元件，可以使用低成本的鋁電解電容。由于濾波電感器能有效抑制電流變化，因此無需擔(dān)心高紋波電流。因此，較大的 ESR 也沒有關(guān)系，它會(huì)導(dǎo)致濾波器品質(zhì)因素降低，從而防止不必要的諧振。濾波器所造成的額外損耗是由于電感器的歐姆損耗。 選擇輸入和輸出濾波器元件 濾波器元件選擇標(biāo)準(zhǔn)中最重要的一點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)從 150kHz 至 300MHz 的寬帶干擾抑制，從而抑制傳導(dǎo)和輻射 EMC。如果輸入或輸出使用較短的電纜或不使用電纜，則可以降低濾波程度。圖 6 展示的是各個(gè)濾波器元件的有效頻率范圍。 
圖6：濾波器元件的方框圖，分別具有 3 個(gè)不同的頻率范圍。
圖7：PCB 頂視圖，包括所有濾波器元件，符合 CISPR32 B 類標(biāo)準(zhǔn) 有濾波器的電路在 100W 輸出功率 (Ta = 22°C) 時(shí)測得的溫度和效率 使用熱像儀測得元件最高溫度低于 64℃（圖 8），這意味著有足夠的安全裕度來應(yīng)對較高的環(huán)境溫度，同時(shí)對元器件的壓力也較小。效率也處于非常高的水平（降壓模式：96.5%；升壓模式：95.6%），特別是考慮到所有的濾波器元件都已計(jì)算在內(nèi)。
圖8：頂部和底部測得的溫度。
圖9：輸入和輸出帶濾波器的電路測得的輻射干擾發(fā)射�？梢栽谡麄�(gè)測量范圍內(nèi)跟限值（水平和垂直）保持足夠的距離。
圖10：在輸入端帶濾波器的測量傳導(dǎo)發(fā)射。平均值和準(zhǔn)峰值在整個(gè)測量范圍內(nèi)均低于限值。 圖 9 和圖 10 展示的是安裝濾波器后電路測量結(jié)果的改善。有濾波器之后，低頻范圍內(nèi)的傳導(dǎo)干擾輻射的峰值以及輻射干擾發(fā)射的完整測量曲線都低于要求的限值，并且有足夠裕量。 總結(jié) 就算進(jìn)行了非常仔細(xì)的布局并選擇了合適的有源和無源元件，如果有額外的非常嚴(yán)格的規(guī)格要求（如長線纜、不能屏蔽等），那么沒有濾波器就無法實(shí)現(xiàn)符合 B 類標(biāo)準(zhǔn)的大功率 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。不過，我們可以預(yù)期到并且提前布置合適的濾波器。得到的結(jié)果是一個(gè)靈活、高效、符合 B 類標(biāo)準(zhǔn)的 100W 降壓升壓轉(zhuǎn)換器。為了讓印制電路板更緊湊，兩個(gè)濾波器可以旋轉(zhuǎn) 90° 或布置在電路板的反面。REDEXPERT 和 LTSpice 等設(shè)計(jì)和仿真軟件有助于快速且經(jīng)濟(jì)高效地達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。 End 作者： Andreas Nadler，伍爾特電子現(xiàn)場應(yīng)用工程師 FAE，appnotes@we-online.de, 電話：+49 7942 945 – 0 |
