Boost變換器功率開關(guān)PCB布線的設(shè)計(jì)分析

王新拓

[摘 要] 隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，各類新技術(shù)、新材料應(yīng)運(yùn)而生，被廣泛應(yīng)用到不同領(lǐng)域、行業(yè)中，發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。在變換器電路運(yùn)行中，功率開關(guān)管屬于核心干擾源，設(shè)計(jì)中必須控制好電磁干擾。因此，以Boost變換器為例，多角度、多層次探討了功率開關(guān)PCB布線設(shè)計(jì)。

[關(guān) 鍵 詞] Boost變換器；功率開關(guān)；PCB布線；設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] TM46 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2016）28-0087-01

就PCB來說，屬于印刷電路板，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不可忽視的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)初期，設(shè)計(jì)者必須根據(jù)各方面情況，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定，有效抑制電磁干擾，才能在減少設(shè)計(jì)費(fèi)用的基礎(chǔ)上，縮短生產(chǎn)周期。在設(shè)計(jì)Boost變換器中，設(shè)計(jì)者必須合理布局設(shè)計(jì)變換器主電路，客觀分析影響電路電磁干擾的因素，比如，開關(guān)管漏，達(dá)到抑制電磁干擾的目的，確保該類變換器處于高效運(yùn)行中。

一、Boost變換器電磁干擾模型

站在客觀的角度來說，想要使電力電子變換器具有較高的性能，其元器件、電路必須具有較高的質(zhì)量，PCB組件布局、電氣聯(lián)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須合理，一旦相同組件、參數(shù)電路的布局設(shè)計(jì)、電氣聯(lián)機(jī)方向不合理，將會(huì)造成嚴(yán)重的影響，變換器極易受到電磁干擾，導(dǎo)致一系列信息數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，相關(guān)工作也無法順利開展。在Boost變換器功率開關(guān)PCB布線設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者必須多層次構(gòu)建合理化的變換器電磁干擾模型，合理設(shè)計(jì)Boost主電路電感、輸出電容、功率開關(guān)管等，電阻、電感處于串聯(lián)狀態(tài)，要控制好布線“長(zhǎng)度、寬度”等，確保相關(guān)數(shù)值準(zhǔn)確。如果變換器運(yùn)行穩(wěn)定，電磁干擾不會(huì)受到整流電路的影響，使其可以傳向阻抗穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，這被稱之為短路。如果網(wǎng)絡(luò)阻抗穩(wěn)定，其上隔直電容阻抗并不大，并不會(huì)造成嚴(yán)重的影響，可以不同考慮。在構(gòu)建這一電磁干擾模型中，設(shè)計(jì)者要盡可能使其簡(jiǎn)化，不要過于復(fù)雜，不需要客觀分析各個(gè)電容寄生參數(shù)，變換器主電路的電感寄生電容參數(shù)，但功率開關(guān)管漏、源極電壓等必須處于動(dòng)態(tài)變化中，要處于梯波狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者要綜合分析差模干擾、共模干擾下的傳導(dǎo)路徑，得到關(guān)于Boost變換器的差模干擾、共模干擾，簡(jiǎn)化對(duì)應(yīng)的電路，避免復(fù)雜化，降低操作難度，可以在動(dòng)態(tài)檢測(cè)電阻上電壓過程中準(zhǔn)確把握電磁干擾情況，采取適宜的措施有效抑制電磁干擾，促使Boost變換器處于穩(wěn)定運(yùn)行中。

二、數(shù)值分析、線路仿真與實(shí)驗(yàn)

（一）數(shù)值分析

在構(gòu)建好Boost變換器電磁干擾模型后，設(shè)計(jì)者要根據(jù)共模與差模電壓定義，明確對(duì)應(yīng)電路關(guān)系，準(zhǔn)確把握在導(dǎo)線電阻變化過程中，對(duì)線路差模、共模造成的影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)PCB布線。在此過程中，設(shè)計(jì)者要利用Matlab繪制出關(guān)鍵性導(dǎo)線、差模和共模之間的關(guān)系曲線圖，準(zhǔn)確計(jì)算傳導(dǎo)電磁干擾頻率較高情況下的相關(guān)數(shù)值，不需要計(jì)算對(duì)應(yīng)的寄生電阻，進(jìn)行合理化的分析。在分析過程中，設(shè)計(jì)者會(huì)發(fā)現(xiàn)傳導(dǎo)電磁干擾不同頻段很少受到開關(guān)管漏電感的影響，但如果源極引線處于動(dòng)態(tài)變化中，會(huì)對(duì)傳導(dǎo)電磁干擾不同頻段造成不同程度的影響，尤其是高頻段。如果源極引線電感不斷增加，差模和共模卻會(huì)不斷減少，屬于反比例關(guān)系。

（二）線路仿真與實(shí)驗(yàn)

在Boost變換器功率開關(guān)PCB布線設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者需要以Saber為基點(diǎn)，根據(jù)Boost變換器特點(diǎn)、性質(zhì)，仿真該類變換器電子線路電磁干擾，準(zhǔn)確把握Boost變換器電路參數(shù)，控制好開關(guān)頻率，確保仿真波形準(zhǔn)確。在仿真過程中，設(shè)計(jì)者同樣會(huì)發(fā)現(xiàn)源極引線電感和線路差模與共模密切相關(guān)，屬于反比例關(guān)系，在傳導(dǎo)電磁干擾高頻段尤其明顯。同時(shí)，在整個(gè)頻段中，如果源極引線電感處于恒定狀態(tài)，開關(guān)管漏電感并不會(huì)對(duì)傳導(dǎo)電磁干擾產(chǎn)生較大的影響，加上在構(gòu)建數(shù)值分析模型中，功率開關(guān)管等計(jì)算過程已被簡(jiǎn)化，電子線路仿真、數(shù)值分析結(jié)果中，差模和共模會(huì)存在偏差，但開關(guān)管漏以及源極引線電感在變換器傳導(dǎo)電磁干擾方面的影響特性相同。在實(shí)驗(yàn)方面，設(shè)計(jì)者需要采用布局不同的Boost變換器裝置，采用IRFZ44N功率開關(guān)管，借助SG3525電路，產(chǎn)生一定的PWM信號(hào)，構(gòu)建光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，優(yōu)化功率開關(guān)PCB布線設(shè)計(jì)。

三、結(jié)語

總而言之，在Boost變換器功率開關(guān)PCB布線設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者必須遵循相關(guān)原則，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定，制定好合理化的設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建可行的Boost變換器電磁干擾模型，要根據(jù)功率開關(guān)管漏、源極引線二者電感對(duì)線路傳導(dǎo)電磁干擾的影響程度，采取針對(duì)性措施，適當(dāng)增加線路源極引線的電感，有效抑制電磁干擾，特別是其在高頻段中的分布，要意識(shí)到低頻段濾波設(shè)計(jì)的重要性，以此，優(yōu)化設(shè)計(jì)其PCB布線，提高Boost變換器各方面性能，具有較高的安全性、穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其使用壽命，降低其運(yùn)營成本，充分發(fā)揮其多樣化作用。

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