以太网GigEpack

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嵌入式调制解调器

支持直接在板上运行的定制MicroPython应用,开发人员将其集成到现有设计中,即时实现蜂窝集成无需进行全面的重新设计。

AVX柱式超级电容器的解决方案

巧妙地融合了极高电容与极低ESR,具有出色的脉冲功率处理特性。 该电容器既可单独使用,也可与一次或二次电池结合使用。

2014西部电子论坛之电源管理技术研讨会精彩分享:
马永健老师谈电源子系统的接地、滤波和屏蔽实例分析

2014-09-26 [责任编辑:mikeliu]
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【导读】资深EMC专家马永健老师近日在2014福创西部电子论坛之电源管理技术研讨会上做了精彩分享。2014福创电子论坛是欧洲领先的技术交流平台,此次论坛在西安高新区都市之门隆重举行。两个技术研讨会:电源管理技术研讨会和无线技术与物联网应用研讨会将针对西部工程师的设计挑战,让供需双方的专家们充分互动。此次活动由我爱方案网与西安高新区高新技术企业协会合作,携手电子元件技术网,中国电子展和中国电子授权分销商联盟联合举办。

马永健老师

马永建,是目前中国最知名和最受尊敬的EMC实操专家之一,也是拥有20多年航空电子设备的EMC实际设计、开发、采购和技术管理经验,闻名全国军工和汽车电子界的EMC专家,著有《EMC设计工程务实》,他的特长就是让EMC理论落地,能够实际解决产品开发和设计中遇到的问题。

随着技术进步以后,电流变化与电压变化越来越大,电子产品的电磁兼容最后越来越严重。从 90年开始,随着出口产品的增加,打开国门以后,电磁兼容问题越来越得到重视。实际上如果说把电流变化率控制住,电压变化率控制住,基本上就已经达到控制的目的。从前有句话,叫做学好元器件,做好线路板,基本上就把电子兼容问题解决。下面讲电源的电磁兼容问题,一共分五个部分,第一部分是供电系统,分为集中式,分布式。第二 是单板分布式供电系统设计参数的注意事项。第三是在使用过程中,电源所导致的非理想的返回通道,非理想回路。第四是电源滤波,最后是开关电源,如何产生,如何控制。

供电系统



供电系统


供电系统

在设计电源的时候,电源分为这几种方式来进行供电,一是集中式供电,这样做价值非常便宜,但是可靠性差,实用差,而且效率非常低,但是现在还有企业在用。第二种是分布式供电,分布式供电分交流分布式和直流分布式。交流分布式将直接面对交融电,出现的问题非常麻烦,价格也非常昂贵。直流分布式,在安保防护这方面相互说较容易。或者是叫层架分布式或者单反分布式,层架分布式一层一层的每一层电源供应系统,如果两层之间功能相当的话,可以作为热备份处理,这种做法现在用的比较多,现在最常用单板分布式。一般来说,把电压降到安全范围内,然后各个供应口之间不需要专门的电源维护,但是需要电源模块可靠性非常高,因为现在电源模块做的技术程度比较高,所以可靠性也比较高,不过从单板单机来说价格比较高,维护成本非常低,所以价格收益较低,但是实用性非常好,效率非常高。

单板分布式供电系统设计参数注意事项

现在所有电源设计大部分是单板设计,当硬件,方案确定下来以后,就要选用什么?选用一个电压电流和功率,确定芯片工作电压,确定电源的供应电压。设计的时候一定要注意,不要选多品种,要想方设法把电压分的品种越多越好。主流的器电,电压的变化 不要太多,因为在整个一个板子上面,如果电压太多的话,电压之间隔离,隔离就存在一种沟槽或者隔离带,之间不能对流。

单板式供电


单板式供电

第二个点,如果电压确定下来以后要确定输出电流。因为难过较大,所以这里讲有两个方法,第一个方法在设计之前要进行估算,这个值只能说是估算值,因为要进行降额设计,设计完成以后要进行实际的精确测量,看单板上面到底多大的电流和功率,这是要考虑。因为降额设计,如果降额不大,很有可能导致你的电源故障或者不工作。比如说降额不足,重载,这样导致电源长期工作的时候,可能会发热,会导致故障,甚至会死机。轻载以后,大马拉小车,效率很低。

第二个问题,电磁兼容问题,当电容设计的时候,有滤博器或者滤波电路,用的都是反射滤波,滤波电路或者滤波器的阻抗是适配,干扰电流和干扰电压反回去,这样不会推过滤波器和滤波电路,负载阻抗低了很多,就打破了滤波电路设计的最基本的原理。电源模块在用的时候,要求负载要达到整个模块的要求阻抗的10%以上,如果很轻,就不好工作。一定要实际测量一下各个单元的实际电流多大然后进行修整,不 需要那么大就把它降下来,又贵又不好用干吗用那么大,这是设计中间很多人忽视的事,就是输出电流,大家一定要记住,电源设计是要降额的。第三个,如果单板模块功率不够,一般用更高功率的模块来带动,另外一个,两个模块并联使用,这种方式经常使用,这地方就要注意一个问题,两个模块并联的时候,需要负载均流,在设计中间是需要考虑。第二个,要故障完全隔离,设计的时候两个模块要设计一个控制电路,一个模块出现问题以后短路了,另外一个模块也不能工作,这个是很容易犯的错误,这是年轻工程师犯的错误,有经验的老工程师不会犯的错误。

电源导致的信号非理想的回路

所有信号包括电源的电流信号,从驱动端到接受端,最终都要返回驱动端,这点非常非常重要。当设计单层板的时候,设计一个线,多层板设 的时候,只设计信号线,而从来不关照回家线。它回来有两种模式,一个是沿着电源平面回流,一个是按照地平面回流,这是回路。出去信号最终 一定要回来,但是回流的时候,这个回路的电流,一定走的阻抗最小的路径,也就是说大部分时间是电感最小的路径。信号的回路面积与场强成正比,因此在设计的时候,电磁兼容性,很重要的因素就是回路面积。

设计的时候有一句话,叫做回路面积最小化,这是设计的最重要的原则。一个线路板在设计的时候,一定是多品种多种类的电源系统,一块板子上面有好多种电源,之间用沟槽技术隔离,这设计的时候是必须的,核心的器件,有意的把它中间要进行隔离,防干扰。一块板子,到处都是沟槽,如果按照电源层面回流的时候,这是一个沟槽,这上面是你的线,这是信号层,回流按照电源层回流,电流回来了以后过不去了,就相当于什么呢? 咱们讲的抗日战争的时候,一个碉堡挖一个战壕,人跨那个战壕,怎么跨?只有能力强的人或者高手翻下去翻上来。

同样,如果回流有一部分可以通过耦合,两个沟槽之间一定有一个电容性的接触面,通过这个耦合跨过去,但是大部分跨不过去,它要回去,不回去不行,就要找通路,绕着沟槽开始找,沟槽多长绕多长,这是理想化的。。但是线路板每层板之间的间距非常小,线路间就有耦合电容,很有可能它的回流电 流耦合到另外一个板上去,线路串扰就发生了,这是非常严重的一个问题。所以我们在设计中间,这是非常非常致命,而且非常严重。同时,穿过同一沟槽走线间会有很高的耦合系数,沟槽本身的能量耦合到夹缝中,并通过夹缝线传播到其他的信号上。相当于一个传输线把整个耦合的噪声在所有线上传输,只要跨过这个线上就经过耦合,这样噪音就跨过来跨过去。为什么仿真软件不能完全用于实用,因为没法建模,不知道耦合哪去,实际上能找,每层剖析,先每层计算,找间距的大小,介质的影响等等,整个一个找过来,但是都是一个可能的途径,真是这个途径吗?所以在做的过程中,这个是大忌。

电源分配系统造成了这个非理想的回路,因为本身就这么画过来画过去,事后没办法补救,只有设计的时候处理。那怎么办呢?一定要从电源层面进行回流, 不能从地平面进行回流,第一种,就是说在沟槽上面,在信号返回的通道上面架桥。这个是沟槽,将这个拉开,我在上面架桥,信号的平率电流多少,然后选择这个频率的这个电流,协定频率,一个电流的协定平率点,这个阻抗是最小的,按照这个原理,电容架在两边,这是架桥过,回流过不来,就架桥过。

第二个用插分线传输,插分线是对线,最好是用地平面回流,那是最好的,所以非理想回路这一块,做到中间尽可能不要存在,或者说做的时候,也要考虑好的信号出去以后怎么样回来,要保证回路面积最小化,因为它影响太大。

(欲看完整版请点击以下链接)

http://www.cntronics.com/seminar/98/review/367

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关键字:电源子系统 马永健 滤波和屏蔽 
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