电源

为什么稳定的开关模式电源仍会产生振荡?非常稳定的开关模式电源(SMPS)仍可能由于其在输出端的负电阻而产生振荡。在输入端,可以将SMPS看作一个小信号负电阻。其与输入电感和输入端电容一起可形成一个无阻尼振荡电路。

开关模式调节器的功能是,以最有效的方式将输入电压转换为经调整的恒定输出电压。这个过程会有些损耗,且效率的衡量公式如下:

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我们假设调节器可使VOUT保持恒定,且负载电流IOUT可以看作是一个恒定值,不会随VIN而变化。图1显示了IIN随VIN而变化的图。

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图1.输入电流随输入电压的变化。

如图2所示,我们在工作点12 V处画了一条切线。切线的斜率将等于随工作点电压而变化的小信号电流变化。

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图2.在12 V处添加了一条切线。

切线的斜率可视为转换器的输入电阻RIN或输入阻抗RIN = ZIN (f = 0)。频率f > 0时输入阻抗会发生什么,该点我们将在本文后续部分进行讨论。现在,我们假设在ZIN (f) = ZIN (f = 0)频率范围内该阻抗为常数。可以观察到有一点十分有趣:由于斜率为负,这个小信号输入电阻也为负。如果输入电压增加,电流就会减少,反之亦然。

首先,我们可以看看图3中的电路,在该电路中,SMPS与其馈电中的输入电容和输入电感一起形成了一个由负电阻衰减的高Q值LC电路。如果负电阻在电路中占主导,则其会变成在接近谐振频率时产生无阻尼振荡的振荡器。在实践中,大信号振荡中的非线性度会对振荡频率及其波形产生影响。

该电路中的电感可以是输入滤波器的电感,也可以是线缆的电感。为使电路稳定,您需要使用正电阻来支配负电阻,以使电路衰减。而这样会出现问题,因为您不希望电感的串联电阻过高,否则就会增加散热,并降低效率。您也不希望电容的串联电阻过高,否则电压纹波将增加。

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图3.SMPS的小信号模型及其输入网络。

分析问题

设计电源系统时,可能会遇到以下问题:

  • 我的设计中是否存在此类问题?

  • 我如何分析该问题?

  • 如果存在问题,如何解决?

如果我们假设在输入电路中只有一个有源元件作为负电阻,那么我们可以通过直接观察SMPS的输入来分析阻抗。

如果在频率范围内阻抗的实部大于0,则电路稳定,前提是假设SMPS控制回路本身稳定。我们可以通过解析或仿真来进行分析。即使输入电路有许多元件,也可以轻松进行仿真,而解析设计则更为困难。我们将从使用LTspice的仿真开始。

首先,通过公式推导计算负电阻的一阶近似值。

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如果转换器的输入功率为30 W,则当电压为12 V时,可通过计算得到电阻为–122/30 Ω = –4.8 Ω。输入滤波器由LC滤波器组成。假设输入由低电阻电源馈入,则可以简化等效电路,并将其归结为图4所示的示例原理图,其中理想情况下电源为0 Ω。

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图4.SMPS及其输入网络示例。

如果我们在仿真中增加了一个电流源,则可以按V(IN)/I(I1)计算输入端的小信号电阻。在LTspice中可轻松对该过程进行仿真。

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图5.在网络中添加电流源激励(I1)。

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图6.在注入点的电阻仿真结果。

从阻抗图中可以看出,谐振峰值约为23 kHz。在LC电路的谐振频率附近,阻抗的相位在90°至270°范围内,这意味着阻抗的实部为负。我们也可以在笛卡尔坐标中绘制阻抗图,并直接查看其实部。此外值得注意的是,由于高Q,实部在谐振频率下变得非常大(–3 Ω)。

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图7.笛卡尔坐标中与图6所示相同的阻抗。

图8显示的是一个时域仿真,在1 ms时注入干扰瞬态电压,结果表明干扰瞬态电压会导致不稳定性。

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图8.在1 ms时注入瞬态电压的仿真。

如之前所述,显然我们不希望在设计中为无功部件增加串联电阻。在不会对设计产生不利影响(除尺寸)的情况下,我们可以做的一件事情就是增加一个阻尼电容,且该电容的电容量与适用于在相关频率下控制阻抗的串联电阻相同或更大。为获得合理的阻尼效果,电容尺寸应至少比已存在输入电容大一个小因数。串联电阻应显著低于SMPS的负电阻,但在相关频率下应等于或大于所增加电容的电抗。如果增加了一个非陶瓷bulk电容,同时假设元件变化存在裕量,则其寄生ESR本身可能就足够了。

如何选择阻尼电容及其串联电阻

在LTspice中反复试错,或如果电路比较简单,则使用以下分析方法检索值。

首先,计算输入电容和输入电感的谐振频率,如果与输入滤波器相比,电感另一端的电源可视为低电阻,则输入电容和输入电感可视为并联在SMPS输入与AC接地之间。

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在谐振频率下,电容和电感的电抗绝对值相等。

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谐振频率下的总并联阻抗定义为以下复杂公式:

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由于XL = –XC,且RL和RC通常远小于电抗,因此可以近似计算并简化该公式。

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最后,输入 X = √L/C 和 X = – √L/C的值。

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此为谐振频率下输入滤波器的等效并联电阻。如果该电阻低于SMPS负电阻的绝对值,则正电阻处于主导,且输入滤波器网络将保持稳定。如果高于绝对值,或存在一点裕量,则必须增加阻尼。可以通过之前所述的额外电容与用于实现最佳阻尼的串联电阻来增加阻尼。参见图9中的R1和C2。

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图9.在输入端添加了阻尼网络R1和C2。

额外电容的值必须等于或大于滤波器电容。在输入滤波器的谐振频率下,电容的电抗必须显著低于SMPS负电阻的绝对值,如果满足第一个条件,则通常为这种情况。

选择额外电容的尺寸是一个折中的方法。我们的一个设计目标是接近输入滤波器的临界阻尼。可以通过计算达到临界阻尼的并联电阻来实现这一目标,当并联电阻为电抗值的一半(Q = 1/2)时就会出现临界阻尼。这意味着输入滤波器的并联电阻应等于谐振频率下输入滤波器C和L的电抗的一半,而该输入滤波器与SMPS负电阻并联,SMPS负电阻则与所述(负)阻尼电阻RDAMP并联。

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如果L/C × 1/(RL + RC)的值和|RIN|的值远大于 √L/C的值,则公式可简化为:

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相对于阻尼电阻,应选择合理尺寸的阻尼电容。建议选择XDAMP = 1/3 × RDAMP,这意味着,如果上述L/C × 1/(RL + RC)和|RIN|远大于√L/C的假设仍有效,则CDAMP = 6 × C。

输入将不会达到但会接近临界阻尼。如果可以容许更多的振铃,且设计裕度稳定,则可以使用较小的C。在本例中,

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我们按照图10所示使用0.68 Ω和68 μF。图11和图12显示了干扰的时域响应和AC阻抗。

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图10.使用建议元件值的阻尼网络。

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图11.时域瞬态响应。

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图12.阻抗与频率的关系。

负电阻的频率特性

我们可以假设电源单元(PSU)将在控制回路的回路带宽范围外停止发挥负电阻的作用,但这通常是错误的假设。如果PSU处于电流模式下,则为保持调节器所需的电流峰值,针对正输入电压变化的即时响应为占空比变化。这意味着,当电压增加时,输入电流将暂时减小,反之亦然。

因此,在开关频率范围内可保持负电阻。如果PSU采用电压模式控制,则通常会有一个从输入电压到占空比的前馈功能,该功能将使转换器立即响应输入电压变化,从而使输出电压保持恒定不变。这也是由于在开关频率范围内可保持负电阻造成的。问题在于,减少控制回路带宽通常无法解决这个问题。此外,如果调节下游转换器,仍可将未经调节的总线转换器看作负电阻。

结论

由于输入网络匹配较差造成的电源振荡可能会被误认为是控制回路不稳定。但如果知晓这是输入网络和负电阻相关的振荡,则可以在LTspice中轻松分析和优化该特性。LTspice是一款免费的高性能SPICE仿真器软件,包括原理图捕获图形界面。可探测原理图以产生仿真结果,通过LTspice内置波形查看器轻松探索。与其他SPICE解决方案相比,LTspice的增强功能和模型可改善模拟电路仿真。

来源:亚德诺半导体

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围观 13

在双碳目标的引领下,新型储能及分布式电源是建设新型电力系统、推动能源绿色低碳转型的重要装备基础和关键技术,是实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑, 恩智浦MCU器件(LPC, Kinetis V, MCX及DSC)可以系列化满足家庭储能及户外电源方面的方案设计需求,今天我们来看看恩智浦在这些应用领域有哪些优势。

产品中适合的相关技术

首先我们先看一下恩智浦产品中有哪些适合的相关技术:

  • LPC55,MCX,DSC系列MCU集成PowerQuad DSP协处理器,大大提升电力电子变流器FFT,IIR,FIR等常用算法运算效力。

  • 恩智浦独有的FreeMASTER工具提供可代替示波器的快速在线波形监视及存储分析功能,提升电力电子应用的调试效率。

  • 经由VDE认证的Function Safety软件库,支持功能安全的快速部署。

  • 提供LVGL GUI Guider工具支持快速UI界面设计。

  • MC3377x系列AFE芯片提供经过汽车市场广泛验证的准确,高可靠的模拟前端解决方案。LPC551x/0x+MC33771/2C及LPC551x/0x+MC33665/MC33774C组合提供极具性价比的高可靠BMS解决方案。

  • 依托NXP在WIFI和BLE上丰富的产品线,实现系统快速配网及云接入。

典型的家庭储能系统

下面我们来观察一个典型的家庭储能系统(包含储能电池及储能变流器)或者户外电源,它主要由MPPT模块,DC-DC模块,逆变模块,电池组,以及直流输出模块等单元组成(如下图所示),各个模块都需要内置MCU来实现状态采集、功能控制、通信和保护等功能。
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恩智浦LPC5500,MCX,DSC,Kinetis系列MCU均支持105℃耐温,同时部分MCU内置了高速16bit ADC(2Msps),FlexPWM(产生互补PWM信号,支持死区),HSCMP比较器,OPAMP运放,FlexIO(可模拟多种显示接口时序),TSI(触摸按键)等外设,系列化满足MPPT,LLC,DAB,纯正弦波逆变,LCD显示,BMS,通信等功能的需求。同时恩智浦MCU支持IAR,Keil,MCUXpresso IDE等多种集成开发环境,有助于用户快速上手。

相关应用技术介绍

接下来我们分别介绍恩智浦产品的各项相关技术,及在家庭储能及户外电源领域中的功能角色。

第一个要介绍的是PowerQuad。PowerQuad是MCU内部集成的一个DSP协处理器,能大大提升常用DSP算法在MCU中的执行性能,如在电力电子应用领域,PowerQuad内含的FFT/iFFT, FIR, IIR模块,能提供相较于Arm Cortex-M内核更高效能的实现方案。

LPC55(s)3x和MCX N947等器件均内嵌PowerQuad协处理器。

FreeMaster调试工具

第二个当属FreeMASTER,这是一款不得不提的工具。FreeMASTER是NXP独有的运行时调试工具,一种用户友好的实时调试监测器和数据可视化工具,可用于运行时配置和调试嵌入式软件应用。

FreeMASTER支持对正在运行的系统上的变量进行非侵入式监测,并且可以在示波器或显示器上以标准小部件(仪表、滑块等)或文本形式的数据形式显示多个变量,从而提供易于使用的数据记录器(下图所示数据记录结果)。

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FreeMASTER可以与自定义HTML、MATLAB®或Excel链接到其他可编写脚本的框架,以将MCU硬件添加到控制环路中。从运行FreeMASTER的主机到目标系统的连接可直接在广泛的通信外设或调试通道上进行。FreeMASTER直接在桌面应用中嵌入图形、表格网格和Web视图。FreeMASTER连接通过使用JSON RPC调用的网络连接建立,客户端实施可用于Python、C/C ++/C#和其他语言。

FreeMASTER提供了一个新组件:FreeMASTER Lite。它是一种轻量级服务,利用可以在Windows或Linux主PC上运行的JSON RPC协议,并允许在Web浏览器应用(在本地或远程主计算机或移动设备上运行)上实施自定义UI应用。

下图所示,通过FreeMASTER我们可以方便地监视各级电力电子变换器的输入输出电压,电流等监测量。

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功能安全方面的支持

电力储能系统因其应用的特殊性,越来越需要具备功能安全方面的支持。

在MCU应用市场中,NXP率先在部分MCU的SDK库中提供了Function Safety Library,支持IEC61508工业功能安全标准及IEC60730家用功能安全标准(其中LPC55(s)36通过TUV SOD官方认证)。帮助客户产品快速实现对以上功能安全标准的支持,客户可以通过MCUXpresso SDK提供的SDK Builder功能可以方便地在SDK库中集成Safety Library(如下图所示勾选相应选项)。

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炫酷的用户界面设计

现代很多电源产品都需要实现炫酷的用户界面,接下来我们介绍简单易用的LVGL GUI Guider图形工具。GUI Guider是恩智浦提供的用户友好型图形用户界面开发工具,可通过开源LVGL图形库快速开发高品质的显示。GUI Guider的拖放编辑器可以轻松利用LVGL的众多特性,如小部件、动画和样式来创建GUI,而只需少量代码或根本无需任何代码。

如下图所示,单击按钮,您可以在模拟环境中运行应用或将其导出到目标项目。可以很轻松地将GUI Guider生成的代码添加到MCUXpresso IDE或IAR Embedded Workbench项目中,从而加速开发过程,并允许无缝地将嵌入式用户界面添加到应用中。GUI Guider可免费与恩智浦的通用和跨界MCU一起使用,并包括用于多个受支持平台的内置项目模板。

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BMS系统

下面让我们把聚光灯给到大明星BMS系统, BMS系统是专门用来进行电池运行管理的模块,是整个储能系统电池安全的重要保障,恩智浦的BMS方案在汽车市场得到了广泛应用和认可。

针对家庭储能(48V低压系统 )和户外电源应用方向,如下图所示,LPC551x/0x+MC33771C(Battery Cell Controller)可提供单芯片3-6及7-14串电池管理功能,LPC551x/0x具备96-150Mhz的主频,支持FPU和MMU指令,可高效率运行SOC、SOP、SOH等BMS核心控制算法,精准修正单节电池充/放电状态,实现总输入/输出功率和电池组健康状态的监测。

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针对家庭储能(高压500V-600V系统 ),如下图所示,LPC551x/0x+ MC33665/MC33774C的技术方案通过菊花链方式,提供对500V以上的电池包的支持。其中MC33774C作为恩智浦新一代模拟前端,单芯片支持18串电池管理,同时内建电池均衡功能;MC33665作为网关(Battery Gateway),为LPC551x/0x与MC33774C模拟前端提供桥接服务。

同时通过BJB模块总体负责高压侧电池包的电压电流采样,与LPC551x/0x之间采用通信方式实现有效电气隔离,有利于降低用户实现高压电气隔离的成本。

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此外LPC551x/0x提供了丰富的外设接口,其中LPC55(s)16支持多达9个FlexComm模块让你随心所欲增加UART、IIC、SPI等接口,同时支持1路CAN-FD,实现故障诊断和警告上报。

最后,恩智浦MCU目前支持多种接口的OTG实现方式,可以来对BMS控制板固件进行升级,可实现手机APP升级BMS控制板固件,并且自带多种加密算法模块(AES,SHA),有效保护用户代码。

BLE/WIFI无线通信产品

最后我们来介绍恩智浦BLE/WIFI无线通信产品线,恩智浦提供丰富的单模2.4GHz,及双模2.4GHz+5Ghz WIFI产品,并同时分别支持BLE4.2及BLE5.1标准,可用于家庭储能及户外电源的无线接入,同时恩智浦合作伙伴基于恩智浦芯片提供多种无线模组,方便用户快速接入亚马逊,百度云,阿里云,中移OneNET等云平台。
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在结束本文前,将恩智浦MCU相关产品的基本资源配置,列表如下以供参考:

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来源:恩智浦MCU加油站

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围观 51

用于电压转换的开关稳压器通常使用电感来临时存储能量,这些电感的尺寸通常非常大,必须在开关稳压器的印刷电路板(PCB)布局中为其安排位置。这项任务并不难,因为通过电感的电流可能会变化,但并非瞬间变化,可能是连续的,通常相对缓慢。

开关稳压器在两个不同路径之间来回切换电流。这种切换非常快,具体切换速度取决于切换边缘的持续时间。开关电流流经的走线称为热回路或交流电流路径,其在一个开关状态下传导电流,在另一个开关状态下不传导电流。在PCB布局中,应使热回路面积小且路径短,以便最大限度地减小这些走线中的寄生电感。寄生走线电感会产生无用的电压失调并导致电磁干扰(EMI)。

“图1.用于降压转换的开关稳压器(带如虚线所示的关键热回路)"
图1.用于降压转换的开关稳压器(带如虚线所示的关键热回路)

图1所示为一个降压调节器,其中关键热回路显示为虚线。可以看出,线圈L1不是热回路的一部分。因此,可以假设该电感器的放置位置并不重要。使电感器位于热回路以外是正确的——因此在第一个实例中,安放位置是次要的,不过也应遵循一些规则:

  • 不得在电感下方(PCB表面或下方都不行)、在内层里或PCB背面布设敏感的控制走线。受电流流动的影响,线圈会产生磁场,结果会影响信号路径中的微弱信号。在开关稳压器中,一个关键信号路径是反馈路径,其将输出电压连接到开关稳压器IC或电阻分压器。
  • 实际线圈既有电容效应,也有电感效应。第一个线圈绕组直接连接到降压开关稳压器的开关节点,如图1所示。结果,线圈里的电压变化与开关节点处的电压一样强烈而迅速。由于电路中的开关时间非常短且输入电压很高,PCB上的其他路径上会产生相当大的耦合效应。因此,敏感的走线应该远离线圈。

“图2.带有线圈安放位置的ADP2360降压转换器的示例电路"
图2.带有线圈安放位置的ADP2360降压转换器的示例电路

图2所示为ADP2360的示例布局。在本图中,图1中的重要热回路标为绿色。从图中可见,黄色反馈路径离线圈L1有一定距离。它位于PCB的内层。

一些电路设计者甚至不希望线圈下的PCB中有任何铜层。例如,它们会在电感下方提供切口,即使在接地平面层中也是如此。其目标是防止线圈下方接地平面因线圈磁场形成涡流。这种方法没有错,但也有争论认为,接地平面要保持一致,不应中断:

  • 用于屏蔽的接地平面在不中断时效果最佳。
  • PCB的铜越多,散热越好。
  • 即使产生涡流,这些电流也只能局部流动,只会造成很小的损耗,并且几乎不会影响接地平面的功能。

虽然开关稳压器的线圈不是临界热回路的一部分,但不在线圈下方或靠近线圈处布敏感的控制走线却是明智的。PCB上的各种平面,例如接地平面或VDD平面(电源电压),可以连续构造,无需切口。

来源:亚德诺半导体
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围观 45

在PCB设计中,电磁兼容性(EMC)异常重要,关系到整个项目的成败,稍早前本加油站发表了两篇相关文章,对这个问题所涉及到的方方面面,做了一个全面的梳理:

如何在PCB板设计中,增强电磁兼容性?

本文将重点讲解电源部分设计在EMC方面的考虑。

1. 概述

在MCU硬件系统中,电源和接口的硬件设计是非常重要和必不可少的部分。

同时,电源和接口的EMC设计在产品和项目是非常常见和容易出现问题的两个设计要点。

本文简要介绍和讨论了关于电源和接口在EMC设计和布局布线的考虑。

2. 电源EMC设计考虑

2.1 电源电路设计

在MCU硬件系统设计中,我们经常用到的电源包括LDO和DC-DC Buck/Boost电路。

DC-DC电路又可以分为PWM工作模式,PFM工作模式和PWM-PFM混合工作模式。

LDO电源电路具有电源输出纹波小,负载响应快,静态功耗低,噪声抑制比高和外围器件少等优点。但相应地,也存在Vdrop压降和电源转换效率低等缺点。

DC-DC Buck/Boost电路具有电源转换效率高,输入电压范围宽和输出电流大等特点。但同时由于电路的开关特性而具有电源输出纹波噪声大,负载响应较慢和外围电路复杂成本高等缺点。

在进行电源电路设计时,应根据实际系统的设计要求,选择合适的电源类型和拓扑结构。

同时,从电磁兼容性的角度来讲,有以下几点需要注意:

  • 选择低ESR的电源输出电容,以降低输出电源纹波,并提高负载响应速度;
  • 选择低ESR和带shield屏蔽的电感,以降低纹波和EMI噪声;

  • PWM-PFM工作模式可根据负载的要求和动态变化,进行合理选择和切换。
    PWM模式下,纹波噪声小,重负载时效率高;
    PFM模式下,静态功耗小,轻负载时效率高,负载响应速度快,但纹波噪声较大。

2.2 电源电路PCB layout设计

电源电路PCB Layout设计时,一些布局布线的设计规则和方法可以作为参考,如下所示:

  • 电源输入和输出滤波电容布局时,首先要将小容值电容放在靠近电源输入或输出的位置,然后依次是大容值滤波电容。因为小容值可以提供快速的响应时间,能滤除电源中高频干扰部分,大容值的体电容能够滤除低频干扰并提供负载瞬间大电流的蓄储能力。
    其次,滤波电容应摆放在电源输入端或输出端与芯片电源引脚之间的路径上,保证电源输入或输出必然经过滤波电容。
    再次,也需保证滤波电容的GND距离芯片GND引脚之间的距离最短,以最大程度地缩短回流路径,降低GND网络阻抗;
  • 增加电源输入或输出端换层时过孔数量,以减少电源阻抗;
  • 尽量减少GND换层,保证GND在芯片的TOP层有完整的地平面,以减少地阻抗;
  • 电源输入和输出的回流路径保持最小。

“图
图 1. DC-DC电源最小化回流路径

如下图所示,电源电路优化过程包括如下几方面的优化:

  • 去掉元器件引脚间的残留锐角铜皮;

  • 增加电源输入过孔数量,确保先经过输入滤波电容,并提高与电感的隔离度;

  • 优化地平面的回流路径,使得电源环路面积最小;

  • 尽可能加粗电源走线,保证电源走线的低阻抗特性;

  • 优化输出电容的接地,确保在最小的回流路径上。

“”图2.
图2. DC-DC电源优化过程

在使用内电层作为电源层平面或者走线时,有以下需要关注的要点:

  • 电源层分割时,应考虑整板电源层内缩,即保证电源层在PCB电路板边缘要相对于GND层内缩。这样可有效减少PCB电路板的EMI辐射。

  • 电源层分割或走电源线时,应注意尽量减少避空的过孔,保证电源平面或电源线的低阻抗特性。

  • 在接口或者高隔离要求的电路中,要保证GND层和电源层的同时隔离。例如RS485电路,它采用光耦隔离电路来提高板级隔离度,同时要将隔离电路下面的GND层和电源层进行避空隔离。

  • 电源层的电源域进行换层时,需要在就近的地方放置电源滤波电容,并增加过孔的数量,保证电源工作在最大负载时的载流能力。

“图3.
图3. DC-DC电源走内电层的情况

3. 接口电路EMC设计考虑

在产品设计中,我们通常会设计诸如USB, HDMI,RJ-45, RS422/485和音频输入等接口,以满足汽车,工业和消费级客户的不同应用需求。

从EMC设计的角度出发,需要从电路滤波设计和GND分割隔离处理等方面进行考虑和设计。

接口电路滤波设计,例如USB接口加共模抑制电感,RJ-45接口加LC滤波电路等。

如下图所示,以RS485接口为例,对比介绍了接口的隔离设计,主要采取了以下措施以满足EMC设计的要求。

  • 电路设计中增加了光耦隔离设计;

  • 采用单点接地连接的方式,在每一层GND都进行信号板级GND和接口GND进行分割处理,保证足够的分割间隙;

  • 保持跨越GND分割间隙的走线最短。

“图4.
图4. RS485接口采用隔离设计之前的Layout

“图5.
图5. RS485接口隔离设计之后的Layout

有需要进一步了解的读者,可以继续阅读恩智浦的文档:
AN13202-<EMCDesign Recommendation on i.MXRT Series>.

来源: 恩智浦MCU加油站
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围观 193

高压电路设计需要通过隔离来保护操作人员、与低压电路进行通信并消除系统内不必要的噪声。数字隔离器提供了一种简单可靠的方法,可以在工业和汽车应用中实现高压隔离通信。

要保持信号通过隔离栅的完整性,需要隔离电路初级侧和次级侧之间的所有耦合路径,包括电源。虽然数字隔离器的次级侧通常需要很少的电源,但系统设计者常常会增加额外的电源余量,以便为多个设备供电。

在本文中,我们将分享在隔离信号和电源设计时经常出现的问题,并简要概述可用的分立式和集成式器件。

问题 1、为什么要隔离数字隔离器的电源?

数字隔离器的内部架构由两个独立的数字集成电路 (IC) 组成,位于分离式引线框上,它们之间有一个高压隔离电介质屏障,如图1所示。每个IC都需要为设备的初级侧和次级侧提供单独的电源和接地,它们之间没有物理连接。此要求与器件支持基本隔离还是增强型隔离无关,适用于数字隔离器以及具有集成接口的隔离器件。

“图1:数字隔离器的内部架构包括一个分离式引线框,需要独立的初级侧和次级侧电源"
图1:数字隔离器的内部架构包括一个分离式引线框,需要独立的初级侧和次级侧电源

问题 2、数字隔离器的电源要求是什么?

在为数字隔离器解决方案选择电源拓扑之前,重要的是要确定电源的基本要求,包括输入电压范围、输出电压、次级侧所需的输出功率和输出轨的数量。与非隔离电源解决方案相比,隔离电源解决方案的其他考虑因素包括系统绝缘额定值、所需的爬电距离和间隙距离,以及静电放电和系统的发射性能等电磁兼容性要求。行业终端设备标准对上述多种要求进行了规定。

数字隔离器的输入和输出信号电压通常取决于它们所施加的电源电压,并且通常与次级侧的电源电压(VCC)有直接关系。在最终确定电源输入和输出要求之前,建议仔细查看数字隔离器数据表中的电源要求。针对接口元件的逻辑电平来优化数字隔离器也是一个好主意。例如,为与微控制器连接的数字隔离器提供5V电压时,选择在次级侧也使用5V或接近5V逻辑电平的信号。

问题 3、次级侧电源可以用作隔离电源吗?

在某些情况下,只要满足隔离器逻辑电平的最低要求,系统中的两个独立电源轨即可用作初级侧和次级侧电源。其中包括与输入和输出信号电平相匹配的电源电压电平,每个电平均提供单独的接地。虽然可以使用现有的次级侧电源,但噪声耦合和电源调节通常会成为一项问题,设计者通常选择设计已针对逻辑电平和系统噪声性能进行了优化的隔离电源。

问题 4、隔离电源有哪些解决方案?

为数字隔离电路设计隔离电源时,可以使用的方案有许多。数字隔离器的电源解决方案包括反激式、H桥电感器-电感器-电容器、推挽式和集成式隔离数据和电源解决方案。

带电源的ISOW7741数字隔离器、带电源的ISOW1412隔离式RS-485收发器或带电源的ISOW1044控制器局域网收发器等集成的隔离数据和电源解决方案都具有集成式直流/直流转换器。这些器件旨在满足国际无线电干扰特别委员会(CIPSR) 32 B类限制,而且其尺寸明显小于分立式设计备选方案。为了在尽可能小的占用空间中实现高性能设计,无需在电路板上安装变压器、减小电路板尺寸和简化认证等优势通常是不容忽视的权衡因素。

因此,虽然分立式解决方案在某些情况下可以提高效率和降低辐射发射,但最终节省空间和简化认证的优势能够加快上市速度。

来源:德州仪器
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围观 20

一、各国电压规格概况

目前世界各国室內用电所使用的电压大体有两种,分別为100V~130V,与220~240V两个类型。

100V、110~130V被归类低压,如美国、日本等以及船上的电压,之所以采用低压主要注重的是安全;220~240V则称为高压,其中包括了中国的220伏及英国的230伏和很多欧洲国家,注重的是效率。

采用220~230V电压的国家里,也有使用110~130V电压的情形,如瑞典、俄罗斯。

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

以下为各国电压分类:

①100V:日本。

②110~130V:中国台湾、美国、加拿大、墨西哥、巴拿马、古巴、黎巴嫩等30国 。

③220~230V:中国、香港(200V)、韩国、英国、德国、法国、意大利、澳大利亚、印度、新加坡、泰国、荷兰、西班牙、希腊、奧地利、菲律宾、挪威约120国。

二、出国旅游转换插头

国标插头在中国、澳大利亚、新西兰、阿根廷使用,特征是三个扁头。

美标插头在美国、加拿大、日本、巴西、菲律宾、泰国等国家和台湾使用,特征是一圆两扁。

英标插头在香港和英国、印度、巴基斯坦、新加坡、马来西亚、越南、印度尼西亚、马尔代夫、卡塔尔等国家和地区使用,特征是三个方头。

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

欧标(德标)插头在德国、法国、荷兰、丹麦、芬兰、挪威、波兰、葡萄牙、奥地利、比利时、匈牙利、西班牙、瑞典等欧盟国家及韩国、俄罗斯等国家使用,特征是两个圆头。

南非标插头主要是在南非、印度、俄罗斯使用,特征是三个圆头。还有意大利标准(意标)插头、瑞士标准(瑞士标)插头等。

出国转换插头也存在同一个国家或地区使用多种标准的情形。

如下图所示:
美标:

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

欧标:

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

英标:

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

瑞士:

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗

意大利:

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗

丹麦:

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗

澳标:

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

阿根廷:

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

巴西:

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

南非:

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

日本:

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

中国(其实中国的插头很多种,我们平时留意的话会发现五花八门什么都有,但大部分是美标和欧标):

世界各国电压和电源线插头标准你都清楚吗?

三、世界各国电压和转换插头对照

国家

电压(V)

插头标准

国家

电压(V)

插头标准

阿尔巴尼亚

220

欧标

列支敦士登

230

瑞士标

阿尔及利亚

230

欧标

卢森堡

220

欧标

阿富汗

220

欧标

卢旺达

230

欧标

阿根廷

220

欧标

罗马尼亚

230

欧标

阿联酋

220

欧标/英标

马达加斯加

220

欧标

阿鲁巴岛

127

美标

马尔代夫

230

英标

阿曼

240

欧标

马耳他

240

英标

埃及

220

欧标

马拉维

230

英标

埃塞俄比亚

230

瑞士标

马来西亚

240

英标

爱尔兰

230

欧标

马里

220

欧标

爱沙尼亚

230

欧标

马其顿王国

220

欧标

安哥拉

220

欧标

马提尼克岛

220

欧标

安圭拉岛

110

日本(两扁脚)

毛里求斯

230

欧标

安提瓜岛

230

美标

毛利塔尼亚

220

欧标

奥地利

230

欧标

美国

120

美标

澳大利亚

230

国标

蒙古

230

欧标

巴巴多斯岛

115

美标

蒙特塞拉特岛

230

美标

巴布亚新几内亚

240

国标

孟加拉国

220

欧标

巴哈马群岛

120

美标

秘鲁

220

美标

巴基斯坦

230

英标

密克罗尼西亚

120

美标

巴拉圭

220

欧标

缅甸

230

欧标

巴利阿里群岛

220

欧标

摩洛哥

220

欧标

巴林群岛

230

英标

摩纳哥

220

欧标

巴拿马

110

美标

莫桑比克

220

欧标

巴西

220

美标

墨西哥

127

美标

百慕大群岛

120

美标

纳米比亚

220

/

保加利亚

230

欧标

南非

220/230

南非

贝宁湾

220

欧标

南斯拉夫

220

欧标

比利时

230

欧标

瑙鲁

240

国标

冰岛

220

欧标

尼加拉瓜

120

日本

波多黎各

120

美标

尼日尔

220

欧标

波兰

220

欧标

尼日利亚

240

美标/英标

波斯尼亚

220

欧标

挪威

220

欧标

玻利维亚

220

欧标

葡萄牙

220

欧标

伯利兹城

220

美标

日本

100

日本(两扁脚)

博茨瓦纳

231

英标

瑞典

220

欧标

不丹

230

英标

瑞士

230

瑞士标

布基纳法索

220

欧标

萨尔瓦多

120

美标

布隆迪

220

欧标

萨摩亚群岛

120

欧标

赤道几内亚

220

欧标

塞尔维亚

230

欧标

丹麦

220

欧标

塞拉利昂

230

美标/英标

德国

230

欧标

塞内加尔

230

欧标

东帝汶

220

欧标

塞浦路斯

240

英标

多哥

220

欧标

塞舌尔

240

英标

多米尼加

230

英标

沙特阿拉伯

127/220

美/欧/英

多米尼加

110

日本(两扁脚)

圣路易斯

230

英标

俄罗斯

220

欧标/南非标

斯里兰卡

230

/

厄瓜多尔

120

美标

斯洛伐克

230

欧标

厄立特里亚

230

欧标

斯洛文尼亚

220

欧标

法国

230

欧标

斯威士兰

230

/

法罗群岛

220

欧标

苏丹

230

欧标

菲律宾

220

美标

索马里

220

欧标

斐济

240

国标

塔吉克斯坦

220

欧标

芬兰

230

欧标

塔希提岛

110/220

欧标

佛得角

220

欧标

泰国

220

欧标

福克兰群岛

240

/

台湾

110

美标

冈比亚

230

英标

坦桑尼亚

230

英标

刚果

230

欧标

汤加

240

/

哥伦比亚

110

美标

突尼斯

220

欧标

哥斯达黎加

120

美标

土耳其

230

欧标

格林纳达

230

英标

土库曼斯坦

220

美标

格陵兰

220

欧标

危地马拉

120

美标

古巴

110/220

欧标

委内瑞拉

120

美标

瓜德罗普岛

230

欧标

文莱

240

英标

关岛

120

美标

乌干达

240

英标

圭亚那

240

美标

乌克兰

220

欧标

哈萨克斯坦

220

欧标

乌拉圭

220

欧标

海地

110

美标

乌兹别克斯坦

220

欧标

韩国

220

欧标

西班牙

230

欧标

荷兰

230

欧标

西萨摩亚

230

/

洪都拉斯

110

美标

希腊

220

欧标

怀特岛

240

欧标

香港

200/220

英标

基里巴斯

240

欧标

象牙海岸

220

欧标

吉布提

220

欧标

新加坡

230

英标

几内亚

220

欧标

新喀里多尼亚

220

欧标

几内亚比绍

220

欧标

新西兰

230

国标

加拿大

120

美标

匈牙利

230

欧标

加纳

230

英标

叙利亚

220

欧标

加蓬

220

欧标

牙买加

110

美标

加沙

230

/

亚美尼亚

220

欧标

柬埔寨

230

欧标

亚述尔群岛

220

欧标

捷克斯洛伐克

230

欧标

也门

220

英标

津巴布韦

220

英标

伊拉克

230

欧标

喀麦隆

220

欧标

伊朗

230

欧标

卡塔尔

240

英标

以色列

230

欧标

开曼群岛

120

美标

意大利

230

意标

科摩罗

220

欧标

印度

240

英标/南非标

科威特

240

欧标

印度尼西亚

127/240

欧标

克罗地亚

230

欧标

英国

230/240

英标

肯尼亚

240

英标

约旦

230

欧标

拉脱维亚

220

欧标

越南

127/220

欧标/英标

莱索托

220

/

赞比亚

230

欧标

老挝国

230

美标

乍得湖

220

欧标

黎巴嫩

230

美标

直布罗陀

230

欧标

立陶宛

220

欧标

智利

220

意标

利比里亚

120

美标

中非共和国

220

欧标

利比亚

127

/

中国

220

国标

 

来源:网络

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