[發明專利]一種抗電磁干擾的非隔離性DC-DC電路板

有效

• 申請號: 202110598845.5
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113285588B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 吳偉;鄧輝;陳進亨;賴雪梅
• 申請（專利權）人: 成都正揚博創電子技術有限公司
• 主分類號: H02M1/44
• 分類號: H02M1/44;H02M3/155
• 代理公司: 成都樂易聯創專利代理有限公司 51269
• 代理人: 趙何婷

本發明公開了一種抗電磁干擾的非隔離性DC?DC電路板，包括印制電路板、以及設于印制電路板上的DC?DC電源芯片、輸入濾波電容、整流二極管、儲能電感、輸出濾波電容，本發明僅僅改變整流二極管的放置位置，使整流二極管放置在靠近輸入濾波電容，進而使輸出回路盡量與輸入回路靠近；DC?DC電源芯片的開關管斷開瞬時，儲能電感前電路電流產生突變，電流產生的磁場減少，而輸出回路中的突變電流產生的磁場增加，這兩種突變電流產生的磁場疊加，減少了突變電流區域的總磁場變化率，從而達到減少或消除因磁場變化產生的感應電壓，也就降低了電磁干擾。

技術領域

本發明涉及電源電路技術領域，具體涉及一種抗電磁干擾的非隔離性DC-DC電路板。

背景技術

非隔離性DC-DC電源廣泛應用于電力電子、軍工、科研、工控設備、通訊設備、移動通訊、路由器、工業控制、汽車電子、航空航天等領域；隨著產品性能要求的不斷提高，對DC-DC供電能力的要求也越來越高。與隔離式DC-DC相比較，非隔離性DC-DC無需設計隔離變壓器，因此設計周期短、體積小、成本低、可靠性高。由于不同的器件對電源電壓的不同需求，甚至同一個器件都有多種電源電壓，在同一電路板中，因此往往存在多個非隔離性DC-DC電路。非隔離性DC-DC電路分為同步整流DC-DC和異步整流DC-DC，兩者的區別在于整流電路是選用的是二極管還是整流管。大部分同步整流DC-DC電路的整流管一般集成在DC-DC芯片內，但也有部分大電流或高電壓同步DC-DC電路選用外置整流管。

DC-DC開關電源在工作過程中，開關管的開關狀態切換以及輸出整流二極管(或整流管)的整流電流造成的突變電流，都是構成電磁干擾的主要因素。

若DC-DC電路的電磁干擾過大，除直接影響DC-DC本身電路性能，造成輸出電壓紋波過大、負載能力變差、頻譜分量超標等性能惡化外，電磁干擾還可以通過線路傳導或空間輻射干擾其他電路或設備。要提高DC-DC開關電路的性能，提高產品的質量，電磁干擾的問題是不容忽視的問題。常用的減小電磁干擾的措施包括屏蔽、隔離、加裝EMI濾波器以及印制板的布局布線的優化等。屏蔽、隔離、加裝EMI濾波器等措施都需要增加額外的器件，增加了電路成本和體積。由于對DC-DC電路板布局進行優化設計不增加元件成本，如只采用電路板布局優化措施則可降低電磁干擾則更具有的現實意義。

非隔離性DC-DC主要工作在開關管閉合和斷開兩種狀態：

開關管閉合時，主電流回路稱開關管閉合電流回路，簡稱輸入回路，如圖1所示；開關管斷開時，主電流回路稱開關管斷開電流回路，簡稱輸出回路，如圖2所示；圖1和圖2中粗黑線表示主電流的路徑，箭頭代表方向。

如圖1所示，當DC-DC開關管閉合時，高頻電流從輸入電容C_IN通過DC-DC芯片V_IN管腳流過開關管，再通過開關管輸出SW管腳進入并通過儲能電感L后進入并通過輸出電容C_OUT和接地線路并返回到輸入C_IN。

DC-DC開關管斷開瞬間，中斷了輸入電容C_IN的電流輸出，原輸入電流回路儲能電感L前路徑上電流從“有變為無”，存在電流突變即電流瞬態變化，如圖3所示。當DC-DC開關管斷開瞬間，由于儲能電感L具有維持電流方向的特性，儲能電感L產生反向電動勢，儲能電感L與二極管D相連的節點變為負電壓，二極管D導通，二極管D上電流“從無到有”，因此二極管D及相連的線路上也同樣存在電流瞬變情況，如圖4所示；儲能電感L及輸出濾波電容C_OUT上電流方向不變，故儲能電感L及輸出濾波電容C_OUT上沒有電流瞬變。圖5為開關管斷開瞬間電流突變路徑，可以通過輸入回路電流突變路徑圖(圖3)和輸出回路電流突變路徑(圖4)可以合成為圖5。也可用圖1電流路徑減去圖2中相同的電流路徑或圖2電流路徑減去圖1中相同電流路徑(即圖1和圖2電路路徑的差異)，都可以得出圖5所示的開關管斷開瞬間電流突變路徑，即圖5中表示圖1和圖2的“差別”。可以看出，正是因為輸入回路和輸出回路在DC-DC開關切換瞬間電流路徑的異同，恰是產生突變電流的原因。