了解工控设备电源等开关电源PCB及结构寄生参数的提取

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了解工控设备电源等开关电源PCB及结构寄生参数的提取

来源：发布时间：2019-06-09 点击量：1309

了解工控设备电源等开关电源PCB及结构寄生参数的提取

对于对工控设备电源等开关电源PCB及结构寄生参数的提取的相关内容，我想大家肯定知之甚少，本文就这个点来和大家普及一下，希望对大家以后的工作上有所帮助，下面就来往下看看吧！

工控设备电源等开关电源除了元器件选取、电路及其结构设计，PCB的布局、布线设计、线路板加工对电磁兼容会造成很大影响，是一个非常重要的设计环节。由于工控设备电源等开关电源的PCB布线基本上都是依据经验手工布置，有很大的随意性，这就增加了PCB分布参数提取的难度。PCB的寄生参数会造成开关电源噪声传播途径的阻抗变化，影响控制器对工控设备电源等开关电源输出电压电流的控制作用。PCB的布局不合理还会形成开关电源向外辐射电磁干扰的途径，同时也会通过该途径吸收外界电磁干扰，从而降低开关电源的电磁干扰抗扰度。所以PCB的布局布线是开关电源EMC设计中极为重要的环节。

对于传导干扰，寄生参数的提取精确度是通过仿真有效预测EMI水平的关键。尽管对于结构简单的元件来说，寄生参数是很容易计算的，但是对于复杂结构中的元件来说，并不是那么容易就能得到寄生参数，例如多层板和直流母线的寄生参数。

为了建立工控设备电源等开关电源PCB的高频模型，需要对PCB的结构寄生参数进行抽取。提取PCB寄生参数的方法有很多，其中TDR(时域反射)方法可以在不知道实际几何形状的情况下对寄生电感和寄生电容进行提取，但是TDR(时域反射)方法需要时域反射仪，用于样机建成后，这就使开发成本大大增加，而且TDR方法不能寻找到复杂结构中的耦合效应;然而FEA(有限元分析)方法则可以克服这一缺点，用于样机建成前。利用FEA工具可以准确地得到PCB的寄生参数，并能考虑复杂几何结构的耦合情况。

有很多对工控设备电源等开关电源PCB结构进行寄生参数抽取软件，如InCa，SIwave，Q3D 等，分别用不同的方法对PCB的寄生参数进行计算和提取，如部分元等效电路方法、有限元分析方法、有限元分析方法和矩量法结合的方法等。其中InCa软件只能计算分布电感，不适合计算分布电容，不宜处理共模干扰的仿真分析;SIwave软件提取出来的是电路的S参数，不能清晰地反映PCB中的耦合情况及其对开关电源EMI的影响;Q3D 软件利用FEA 和MOM结合的方法求解电磁场，可以得到PEEC部分元等效电路，也可以得到PCB上各导体的互感互容，可以清晰地分析各种情况下PCB结构对开关电源EMI的影响。

提出了基于寄生参数矩阵的等效电路的建立方法，即把所有互感、互容等效成受控的电压源，与自感、自容连接(相当于把所有互感、互容对电路的影响等效到受控电压源上)，从而建立等效电路模型。

散热片与开关管之间会有电容效应，噪声可以通过该效应在电路和地之间进行传播，文献里对散热片在工控设备电源等开关电源传导和辐射干扰中的影响作了详细的阐述。还有其他的在空间通过电感或电容耦合传到接收器的噪声，不可以忽略。

模型建立之后，就可以使用仿真软件对开关电源EMI进行仿真，得到开关电源传导EMI的频谱波形，通过分析波形可以定位开关电源EMI的问题所在，进而通过解决该问题而降低EMI。

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