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减小DC/DC直流电源变换器中的接地反弹方法

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-19 09:21    点击量:

    直流电源电路接地1在直流电源电路原理图中看起来很简单;但是,直流电源电路的实际性能是由其印制直流电源电路板(直流电源PCB)布局决定的.而且,接地节点的分析很困难,特别是对于DC/DC变换器,例如降压型和升压型变换器,这些直流电源电路的接地节点会聚快速变化的大电流.当接地节点移动时,系统性能会遭受影响并且该系统会辐射电磁干扰(EMI).但是如果很好地理解"接地"引起的接地噪声的物理本质可提供一种减小接地噪声问题的直观认识.

减小DC/DC直流电源变换器中的接地反弹方法
    接地反弹(Ground bounce)简称地弹会产生幅度为几伏的瞬态电压;最常见的是由磁通量变化引起的.传输电流的导线环路实际上构成了一个磁场,其磁场强度与电流成正比.磁通量与穿过环路面积和磁场强度乘积成正比.

    磁通量∝磁场强度×环路面积更精确的表示是,ΦB = BA cosφ其中磁通量ΦB等于磁场强度B乘以穿过环路平面A和磁场方向与环路平面单位矢量夹角φ的余弦.

    减小DC/DC直流电源变换器中的接地反弹方法图1示出了磁通量与电流之间的关系.一个电压源驱动电流    直流电源电路接地1在直流电源电路原理图中看起来很简单;但是,直流电源电路的实际性能是由其印制直流电源电路板(直流电源PCB)布局决定的.而且,接地节点的分析很困难,特别是对于DC/DC变换器,例如降压型和升压型变换器,这些直流电源电路的接地节点会聚快速变化的大电流.当接地节点移动时,系统性能会遭受影响并且该系统会辐射电磁干扰(EMI).但是如果很好地理解"接地"引起的接地噪声的物理本质可提供一种减小接地噪声问题的直观认识.

    接地反弹(Ground bounce)简称地弹会产生幅度为几伏的瞬态电压;最常见的是由磁通量变化引起的.传输电流的导线环路实际上构成了一个磁场,其磁场强度与电流成正比.磁通量与穿过环路面积和磁场强度乘积成正比.

    磁通量∝磁场强度×环路面积更精确的表示是,ΦB = BA cosφ其中磁通量ΦB等于磁场强度B乘以穿过环路平面A和磁场方向与环路平面单位矢量夹角φ的余弦.

    减小DC/DC直流电源变换器中的接地反弹方法图1示出了磁通量与电流之间的关系.一个电压源驱动电流克服电阻沿导线环路流动.电流与环绕导线的磁通量相关联.为了将不同的物理量联系起来,可以考虑用你的右手握住导线(应用右手定则).如果你的拇指指向电流的方向,那么你的其它手指将沿磁场磁力线方向环绕导线.因为那些磁力线穿过环路,所以形成了磁通量,在本例中磁通量方向为穿入页面.

    改变磁场强度或环路面积都会引起磁通量变化.当磁通量变化时,在导线中产生与磁通量变化率dΦB/d t成正比的电压.应该注意的是,当环路面积固定,电流变化;或者电流恒定,环路面积变化;或者两种情况同时变化--都会改变磁通量.

    例如,假设图2中的开关突然断开.当电流停止流动时,磁通量消失,这会沿导线各处产生一个瞬态大电压.如果导线的一部分是一个接地返回引脚,那么以地电平为参考端的电压会产生一个尖峰,从而在任何使用该引脚为接地参考端的直流电源电路中都会产生错误信号.

    通常,直流电源PCB印制线电阻上的电压降不是接地反弹的主要来源.1 盎司(oz)铜的电阻为500 微欧/方数(μΩ/□),因此1 A电流变化只能产生500 μV/□的反弹电压--问题只存在于采用细长印制线或菊花链式接地或精密电子直流电源电路.

    寄生电容器的充电和放电为瞬态大电流返回到地提供了一条路径.由于电流变化引起的磁通量变化也引起接地反弹.在DC/DC开关直流电源中减少接地反弹的最好方法就是控制磁通量变化--使电流环路面积和环路面积变化最小.

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