[發明專利]一種提高大功率器件及大功率器件模組電磁兼容性能的設計方法

無效

• 申請號: 201010593834.X
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102014602A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 尹登慶
• 申請（專利權）人: 深圳宏伍智能光電有限公司
• 主分類號: H05K9/00
• 分類號: H05K9/00;H05K1/02
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所 44248
• 代理人: 胡吉科

技術領域

本發明涉及集成電路和電路板設計領域，特別是一種提高大功率器件或者大功率器件模組電磁兼容性能的設計方法。電磁兼容性能的提高是通過構造一對對互相抵消的子回路實現的：子回路可以將自身的電磁輻射互相抵消，而且在外界電磁場干擾時，每一對子回路產生的感應電流大小相等，方向相反，降低了外界電磁場干擾的強度。

背景技術

當前的EMC設計，在PCB板方面，主要通過地線以及信號線的布線規則進行保證，如設計單獨的地線網絡、大信號與小信號分開等；在功能復雜的電路板設計中，先按照功能對電路板進行分區，在分區之間采用走線連接，避免各個不同功能區對其他分區的電磁干擾降低，同時不受其他分區的電磁干擾影響，保證正常工作。在以上設計不能夠滿足要求時，則采用金屬屏蔽的方式，如圖1所示。

1為金屬殼體，與固定的電位連接，一般與地線連接；2為提供產品性能的多塊PCB，即電磁輻射源；3為金屬殼體上開的孔，供散熱等用途應用。

目前的方式，對于一般的通信或者家用電器電路板使用，而且方法簡單，成本增加不多；但是在不能夠使用金屬材料進行屏蔽的場合，此方法不適用。如照明用的燈具，特別是大功率燈具以及在艦船上使用的燈具，由于需要將燈泡裸露在金屬殼體外，而燈泡的燈絲上的電流很大，而且大功率等燈泡的燈絲較長，造成的電磁干擾就很大；當前使用的LED燈具，由于LED與供電的鋁基板同時裸露在外，造成的電磁干擾無法屏蔽。

傳統方法的缺點為：

使用屏蔽材料，增加了成本。

在某些場合下，不適用，如燈具。

在特種場所，產品破損造成的電磁干擾對其他部件產生不良的干擾。

需要將金屬殼體與地線牢固而且長期良好地連接。

開孔部位的最大長度小于電磁波長的5%。

發明內容

鑒于上述方法的缺陷，本發明通過針對每一個電流回路構造本身互相抵消的多個電磁場的方法，從而克服上述方法的缺陷。

本發明是通過以下方法實現的。

識別PCB上內一個電流回路；

在每一個電流回路上，構造電磁場方向相反的子回路；

計算、測量或者近似的方法，獲得器件的等效電流中分線；

計算互相抵消的電磁場子回路的面積，保證互相抵消的電磁場子回路的面積相等；

按照設計的子回路放置器件；

方法使用于整個電路板以及多個電路板。

如圖2所示為改進的大功率器件的驅動走線。包括3個部分：供電電源模組、走線和大功率器件。

供電模組認為是保持電磁靜默的組件，其電磁干擾已經在設計范圍內。大功率器件是需要裸露在外工作，無法進行金屬材料的電磁屏蔽。

連接關系為：供電電源模組從A1端口輸出電流，經過A2、A3、A4、A5、A6、A7到達大功率器件的正輸入端，電流流經大功率器件，對大功率器件進行驅動，電壓降低，從B7端口流出，經過B6、B5、B4、B3、B2，流回供電電源模組端口B1。其中S1、S2為電流回路兩個虛擬的交叉點，實際上兩條走線在電路板的不同層面上；S3為計算回路面積的虛擬的交叉點，將線段B3B4延長后與線段A4A5的交點。

正常工作時，大功率器件內部的電流路徑假定為從端口A7到端口B7的一條直線，則由A6、A7、B7、B6、S2構成一個電流回路，其引發的磁場方向迎面而來；B4、B5、S2、A5、S3構成另外一個電流回路，其引發的磁場方向遠離而去。由于電信號的傳播速度很快，在兩個回路中的電流大小相等，引發的電磁場的大小與回路的面積有關，當兩個回路的面積相等時，兩個回路產生的電磁場互相抵消。

在電流路徑上，可以制造多個成對的電流回路。A1、A2、S1、B2、B1構成的電流回路，其引發的磁場方向迎面而來；B3、B4、S3、A4、A3構成的電流回路，其引發的磁場方向遠離而去。當兩個回路的面積大小相等時，兩個回路產生的電磁場互相抵消。

當電路受到外界電磁場干擾時，如果在一個回路上產生一個感應電流，則在對應的回路上產生一個大小相等，方向相反的感應電流，從而感應電流互相抵消，不對大功率器件的工作造成影響。

本發明的主要優點是：

大部分電磁場互相抵消，特別是低頻大電流的情況下，無需金屬屏蔽，就可以達到EMC的要求。

雖然器件內部的等效電流中分線不可能精確獲得，器件在放置時，通過放置的方向和角度，可以抵消等效電流中分線誤差造成的電磁場不能夠抵消的問題。

在不能夠使用金屬屏蔽的場合下，如照明燈具的設計上，可以應用此方法；電路板即使裸露在外，其電磁兼容性能基本保持不變。