达林顿继电器驱动器进行设计时降低 emi 的 4 个步骤 -凯发网站
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(emi)历来是让pcb设计工程师们头疼的一个问题,它威胁着电子设备的安全性、可靠性和稳定性。因此,我们在设计pcb时,需要遵循一定的原则,使电路板的电磁干扰控制在一定的范围内,达到设计要求和标准,提高电路的整体性能。
有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速pcb及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。
我们是否因为 emi 问题而避免使用多通道?这个 emi 问题可以通过增加上升/下降时间来解决,这样到负载的电路板走线就不会像传输线一样起作用。降低输出压摆率将增加上升和下降时间。可以通过添加电阻器 (rin) 和电容器 (cint) 来控制驱动器压摆率,从而形成积分器。砰!问题解决了......这是如何做到这一点以及我们会发现的典型结果:
图 1:示意图
第 1 步:根据驱动器的工作点估算电容电流
驱动器输入电压 (vop) 和输入电流 (iop) 在输出压摆时间内几乎保持不变。对于输入电阻 (rin) 的实际值,驱动器输入电流 (iop) 将远小于电阻电流 (iin)。因此,电容器电流 (ic) 可以近似为与输入电流相同。
对于emi传导部分,重点是充分利用旁路电容器和去耦电容器。旁路电容器(提供交流短路线)必须布置在晶片电源管脚和接地线(平面)上。去耦电容器应放置在电流需求变化较大的地方,以避免因电线阻抗(电感)而从电源和接地线上耦合干扰。当然,磁珠的合理串联可以吸收(转换为热能)。电感器有时也可以用来过滤干扰,但请注意,电感本身也有频率响应范围,包装也决定了其频率响应。以上是一些基本的经验,对于emi设计,你需要真正了解自己的设计,需要关注哪里,问题会是什么现象,什么是替代方案,需要提前整理。
第 2 步:确定正压摆率和负压摆率
正输出压摆率(输入逻辑低电平)为 (vop - vin) / (rin * cint),单位为 v/s。负输出压摆率(输入逻辑高电平)为 (vin - vop) / (rin * cint),单位为 v/s。除以 10 6得到 v/us 。iop 和 vop 随负载和温度而变化。它们还可以因设备而异。由于这些差异,速率控制很好,但精度不高。
对于我们的实验,我们使用 rin=402 ohms,继电器为 12v,线圈电流为 122ma,vop = 1.7v,iop = 90ua,cint = [0.1nf,1nf,10nf,100nf],vih = 3.2v,vil=0.1v ,结果如下:
腰带积极的消极的
nf转换速率转换速率单位
没有任何170900v/us
0.125.933.4v/us
13.823.71v/us
100.3760.379v/us
1000.0310.030v/us
第 3 步:使用波形验证结果
当 rin 增加到 1k ohms 或 40pf 的寄生电容被添加到驱动器输入节点时,正压摆波形上会出现 30 至 40mhz 的振荡。因此,rin 和 cint 应靠近驱动器输入引脚以减少走线电容,rin 应为 402 欧姆或更小。
第 4 步:确定开关损耗
可以使用线圈电流、线圈电源电压、压摆率和频率(每秒的平均继电器周期数:通常小于 1)来估计由于延长的上升和下降时间而增加的开关损耗。因此,增加的功率损耗为 p = ½ * f * v 2 * i / pslew。对于 v=12v,i=122ma,402 ohms 10nf 使得 pslew = 0.38v/us,f = 1(开/关)周期/秒,功耗仅为 23uw。
对于 pwm 应用(在触点保持期间降低线圈电流),每个通道增加的 pwm 功率损耗为 p = ½ * f * v 2 * i * (1/pslew 1/nslew)。对于 v=12v,i = 70ma,402 ohms 100pf 使得 pslew = 26v/us,nslew = 33v/us,f = 25khz,每通道功率为 17mw。
所以…… 驱动器的 emi 可以通过添加一些无源元件和小幅增加的功耗来降低。