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      實驗室儀器的功率模塊適用方案


        來源: 21IC中國電子網 時間:2018-11-07 編輯:思楊
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      基于PC的實驗室儀器平臺使自動化實驗室設置和數據收集變得簡單而有效。工程師對用于儀表系統(如外圍組件互連(PCI)的儀表擴展(PXIe)系統)的DC/DC轉換器具有獨特的要求,包括:低電磁干擾(EMI)、小尺寸解決方案、高效率、寬輸入電壓范圍以及良好的線路和負載調節。本文讓我們了解這些不同的要求,以及電源模塊如何幫助滿足這些要求。

       

      低電磁干擾(EMI)

      因為EMI會導致設備性能下降和潛在的故障,實驗室儀器對其有著極其嚴格的標準。由于固有的開關作用,基于開關模式的DC/DC電源是EMI的主要原因。

      圖1所示為降壓穩壓器的基本連接圖。在降壓穩壓器中,由電感器L、輸出電容器COUT和低側場效應晶體管QLS形成的環路具有連續的電流。但是,由于FET的開關作用,在由高側開關QHS、低側開關QLS和輸入電容器CIN產生的環路中存在不連續的電流流動。

       

      圖 1:簡化的降壓穩壓器圖

       

      由連接走線包圍的區域決定了在此不連續電流的路徑中將存在多少寄生電感。公式1表明,流經電感的開關電流會在其兩端產生電壓差。

       

       

      因此,這種設置無意中會導致電壓尖峰和EMI,如圖2所示。

       

      圖 2:電壓尖峰和EMI

       

      雖然這不可避免,但讓輸入電容極其靠近兩個FET的簡單布局有助于減小環路面積,減小寄生電感,降低電壓尖峰并降低EMI。

      功率模塊在此具有優勢,因為輸入電容器通常集成在封裝內且極其靠近集成電路(IC)。類似的邏輯也適用于集成在功率模塊中的自舉電容器。

       

      組件選擇

      如圖1所示,除走線長度外,具有大寄生效應的不良元件會使情況惡化,因為它們處于脈沖電流的路徑中。開關節點的面積和電感的選擇直接影響EMI。開關節點太大,且非屏蔽電感器具有大寄生電容會散發出大量噪聲。

      如圖3所示,由于模塊電源集成了很多無源器件,使得開關節點區域得到了很好的優化。

       

      圖 3:電源模塊內部結構

       

      流經電感器的電流會產生磁場,未經抑制的磁場導致更差的EMI,非屏蔽電感器對于該磁場沒有抑制方法。

      關鍵詞:實驗室儀器 功率模塊 DC/DC    瀏覽量:17308

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