环流:向我们发出警告

技术分类: 电源技术  | 2006-12-07
Paul Rako,EDN技术编辑


  同样原则可以应用于升压或SEPIC(单端初级电感)稳压器。图 7显示为其拓扑以及做一个好设计所倡导的原则。Martin 说:“你永远不会因为在电源中设计隔离而感到遗憾。”隔离有助于使初级端和次级端的环流局部化。图8显示已隔离转换器对反馈网络有相同的要求。反馈电阻器梯形网络不应连接到整流器和输出电容器之间的走线上,Kelvin 连接会很有用。另外要注意,IC 中的基准和隔离初级端的反馈应尽量互相靠近,并且远离开关和输入电容器的环流路径。图中显示出了杂散电容器,它会在已隔离的电源中造成额外的问题。开关晶体管的封装片是集电极或漏极,当开关打开时该节点反扫回初级绕组。这个快速 dv/dt 会将电流注入电源外壳,即地球大地。变压器内有杂散的绕组间电容,使电流注入次级,如果次级未能与大地或其它基准电位连接(至少要有一个大阻值电阻器),则该电流会使次级充电到危险的电压。图中显示次级以大地为基准,这在系统设计中一般是机壳。因此,在产品机箱中流过两种来源的电流,它会对接地故障断流器造成破坏,或导致测量设备的误差。


图 7显示为其拓扑以及做一个好设计所倡导的原则


图8显示已隔离转换器对反馈网络有相同的要求



  Enpirion公司营销副总裁Paul Greenland认为:“你必须记住三件事。空间中一根线的电感为15nH/in,因此,让走线尽量短。如果走线构成一个回路,则该电感会增加。所以,要让回路面积




尽量小。最后,走线时要使电流互相抵消,就可以降低场辐射和敏感性。”(见图 9。)


图9,能抵消电流的小型紧凑布局呈现出最好的性能,能实现低的 EMI/RFI 辐射




  切割接地层

  切割接地层通常是一种错误做法(见附文2“音频中的环流”)。有很多通过布局和顶层浇注的方法,使有害环流远离接地层。同时,整体式接地层有最低的阻抗,可以提供一种有价值的RFI屏蔽。在某些情况下,切割接地层可以得到好的效果,但你必须认真分析能获得的好处,以及在实际系统中你的方案是否适当。


图10,HP3577A 网络分析仪的增益与相位特性印制电路板直接安装在前面板连接器上



  美国国家半导体公司的应用工程师 Paul Grohe 开发了一块直接连接到一台 HP3577A 网络分析仪前端的印制电路板(图10)。他用这块板评估了一些由他所在团队设计的放大器的增益和相位特性。该电路板给出了很好的结果,超出了以往采用切割覆铜板手工制作电路板的精度、可重复性和低噪声性能。Grohe用该系统实现了 -100dB的噪声下限。当网络分析仪测量 1mV 以下误差信号时,这个下限在较低频率时很重要。Grohe还不满足,他用一把小刀切割电路板的接地层。切割以后,噪声下限提高到了-130dB。任何熟悉放大器特性与性能的人都知道,这是一个多么非凡的成就。图 11 显示了这个系统。


图11,在增益/相位板上切割接地层,使环流远离测量微伏信号的 R 输入端



  HP3577A的机壳公共端是50Ω 源以及输入放大器的基准。Grohe认为环流是通过基准输入的连接器接地返回仪器的。在一次实验中,Grohe 发现这些电流会干扰输入端亚微伏信号的测量。由于单端HP3577A有200 MHz带宽,因此重要的是用一个50Ω电阻器作源的端结。Grohe知道,来自该电阻器的相对大电流会通过所有可能的连接寻找到分析仪的“回家”路径。由于所有三个连接共享相同的机壳接地,电流会在灵敏的R基准连接器以及源和A输入端返回。对A输入端的干扰不太严重,因为这个输入端测量的是待测放大器的输出,该信号大到足以抵御干扰。通过切割待测放大器周围的接地层,Grohe可保证来自50Ω源端结电阻器的较大电流不会流经基准连接器。这个20dB的提高证明了一个原则,即工程师不能把接地看作是低电阻抗的出路,而需要牢记只不过是获得最大性能的另一个简单连接。

  在切割接地层的规则中,应注意切割并没有提高放大器的性能,而是改善了放大器回路内部微伏信号的测量。采用差分输入分析仪(如 Ridley 或 Venable)也会减轻环流的问题。不幸的是,这些仪器目标是用在电源分析中,带宽只有 HP3577A 的十分之一。在鼓励量产电路板中切割接地层以前,要保证它不只是测量的提高,并且是测试设备的接口,更确切地说是对信号链性能的一种真正改进。


  RF中的环流

  RF 工程师深知环流造成的麻烦。射频系统必须经常参考大地接地,各个部件都是单端的。图 12 为连接两个RF子系统的一根同轴电缆。由于电缆必须有RF屏蔽,所以它必须连接到子系统的机壳上。如果一个子系统中的大型电源将电流注入大地接地,则该电流将沿同轴屏蔽传输,干扰同轴电缆中的信号。精心的电源设计可以缓和这个局面,尽量减少注入电源外壳的电流,在开关电源变压器和FET开关与电源外壳之间使用静电屏蔽。Vicor在其多数模块中使用了这种方法,它的产品一般不会注入可测到的共模电流。


图 12 为连接两个RF子系统的一根同轴电缆



 

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