開(kāi)關(guān)電源環(huán)路面積與輻射強(qiáng)度如何量化?
根據(jù)麥克斯韋方程組,開(kāi)關(guān)管通斷形成的高頻電流環(huán)路等效為“環(huán)形天線”,其遠(yuǎn)場(chǎng)輻射強(qiáng)度由Ott公式定量描述:
E_φ:電場(chǎng)強(qiáng)度(V/m)
f:電流諧波頻率(Hz)
A:電流環(huán)路面積(m2)
I:環(huán)路峰值電流(A)
r:測(cè)量點(diǎn)距離(m)
關(guān)鍵推論:
面積敏感度:面積增大3倍,輻射增強(qiáng)9.5dB;增大10倍,輻射增強(qiáng)20dB
頻率倍增效應(yīng):100MHz諧波輻射強(qiáng)度是50MHz的4倍
形狀影響:相同面積下,正方形環(huán)路輻射強(qiáng)度>狹長(zhǎng)矩形環(huán)路
案例:某反激電源中,MOS管與變壓器間距從5mm增至8mm,100MHz頻段輻射暴增15dB
初級(jí)回路:輸入電容 → 開(kāi)關(guān)管 → 變壓器 → 返回電容(圖2紅色路徑)
次級(jí)回路:變壓器 → 整流管 → 輸出電容 → 返回變壓器(圖2藍(lán)色路徑)
幾何分割法:將不規(guī)則環(huán)路拆解為三角形/矩形組合(圖1)
HFSS仿真建模:在Ansoft HFSS中導(dǎo)入PCB布局,自動(dòng)計(jì)算實(shí)際電流包圍面積(圖3)
簡(jiǎn)化公式:矩形環(huán)路面積 A = L × W
(L:走線長(zhǎng)度,W:正負(fù)導(dǎo)線間距)
實(shí)測(cè)數(shù)據(jù):當(dāng)矩形環(huán)路長(zhǎng)寬比從1:1變?yōu)?:1(面積不變),500MHz輻射降低40%
EMSCAN系統(tǒng):1280探頭陣列鎖定輻射熱點(diǎn)(圖4),精度±0.5mm
諧波關(guān)聯(lián)法:對(duì)比基波與3/5/7次諧波的能量分布,識(shí)別多源疊加干擾
時(shí)域反射計(jì)檢測(cè)環(huán)路阻抗突變:
阻抗>70Ω → 存在分支環(huán)路
阻抗<30Ω → 地平面裂縫導(dǎo)致回流分散
功率器件三角布局
輸入電容、開(kāi)關(guān)管、電感間距≤5mm,形成最小包圍面積(圖5)
散熱器加裝鎳鋅鐵氧體涂層,屏蔽60%磁場(chǎng)輻射
電容ESL極限壓制
用4~6顆0402封裝陶瓷電容并聯(lián)替代電解電容,ESL<0.2nH
接地端采用開(kāi)窗直連技術(shù),消除焊盤(pán)引線電感(圖6)
狹長(zhǎng)化布線法則
整流回路走線長(zhǎng)寬比≥3:1,優(yōu)先沿板邊布置
避免U型走線,采用直線蛇形繞線(圖7)
鏡像面耦合強(qiáng)化
四層板中功率層與地層間距≤0.2mm,利用鏡像電流抵消輻射
頂層開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)正下方鋪設(shè)完整地平面(禁用分割地)
過(guò)孔陣列降感技術(shù)
功率路徑采用8~12個(gè)Φ0.3mm過(guò)孔并聯(lián),感抗降至0.1nH
過(guò)孔間距≥2倍孔徑,避免熱應(yīng)力撕裂
緩沖電路集成設(shè)計(jì)
RCD吸收電路跨接MOS管D-S極,走線≤3mm
肖特基二極管陰極銅皮直連源極(禁用導(dǎo)線跳接)
CISPR 25標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試:150kHz~30MHz頻段掃描,重點(diǎn)關(guān)注1MHz/10MHz/30MHz三點(diǎn)
環(huán)路面積-輻射關(guān)聯(lián)曲線:通過(guò)HFSS生成S-E曲線(圖8),驗(yàn)證面積壓縮效果
熱成像輔助分析:溫度異常點(diǎn)提示渦流損耗位置,反向定位隱蔽環(huán)路
圖源網(wǎng)絡(luò),侵刪
技術(shù)資料